Evitar la recombinación de cargas libres producidas cuando la luz incide en una celda solar es uno de los principales objetivos de los ingenieros que intentan extraer la máxima eficiencia de conversión de energía de sus dispositivos. Una forma de lograr esto es construyendo en la celda una 'heterounión' entre semiconductores de tipo positivo (p) y negativo (n), lo que permite que la carga positiva y negativa inducida por la luz escape de la celda moviéndose en direcciones opuestas en la interfaz de heterounión. Mingyong Han, del Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales, y sus colaboradores1 han descubierto ahora una forma de producir heterouniones a nanoescala de alta calidad, preparando el escenario para dispositivos fotovoltaicos más baratos y eficientes.
Los cristales semiconductores a nanoescala proporcionan un área de superficie mejorada para la absorción de luz y también son más baratos de producir que las estructuras celulares convencionales con patrones de litografía. Sin embargo, Ha sido extremadamente difícil formar heterouniones de alta calidad entre semiconductores de tipo ny p de una manera que logre el contacto íntimo entre cristales necesario para mejorar el rendimiento del dispositivo.
Resolver este problema requiere una técnica que pueda unir químicamente los dos semiconductores. Estudios anteriores han producido nanocristales binarios con una estructura esférica de "núcleo-capa". Desafortunadamente, La heterounión basada en estos nanocristales tiene una baja eficiencia de conversión de energía porque la luz tiene dificultades para llegar al núcleo interno. Han y sus colaboradores superaron este problema adoptando una ruta diferente para la síntesis.
Primero, los investigadores utilizaron una mezcla de tensioactivos en condiciones térmicas calientes para producir sulfuro de cobre (I) (CuxS), un conocido semiconductor de tipo p, en discos hexagonales de formas distintivas de aproximadamente 40 nanómetros de ancho y 15 nanómetros de espesor. Las facetas bien definidas de estos nuevos materiales permitieron a los investigadores nuclear la cristalización de sulfuro de cadmio de tipo n (CdS) en los bordes exteriores de los cristales.
Próximo, a través de un proceso conocido como intercambio catiónico, los investigadores persuadieron a los cristales de tipo n a crecer hacia adentro, convirtiendo químicamente de forma eficaz una parte de los discos CuxS en CdS. “Este método da como resultado nano-heteroestructuras con la misma morfología que el material original, ”Dice Han. Optimizando cuidadosamente las condiciones de reacción, los investigadores transformaron el nanodisco hexagonal en un perfectamente simétrico, heterounión lado a lado. También se incorporaron metales de zinc en la interfaz para ajustar aún más su rendimiento eléctrico.
Han señala que la heteroestructura CuxS-CdS es prometedora para la tecnología de células solares debido a su superficie de doble acceso y una alineación de banda de energía que impulsa una fuerte separación de carga. El equipo también espera sintetizar una amplia gama de nuevos pares de semiconductores con esta técnica de un solo recipiente, aprovechando las extraordinarias propiedades de cristalización del sistema.
