Investigadores de la Universidad de Toronto, la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST) y la Universidad Estatal de Pensilvania (Penn State) han creado la celda solar más eficiente jamás fabricada basada en puntos cúbicos colodiales (CQD). El descubrimiento se informa en el último número de Materiales de la naturaleza .

Los puntos cuánticos son semiconductores a nanoescala que capturan la luz y la convierten en una fuente de energía. Debido a su pequeña escala, los puntos se pueden rociar sobre superficies flexibles, incluidos los plásticos. Esto permite la producción de células solares que son menos costosas de producir y más duraderas que la versión basada en silicio más conocida. En el trabajo destacado por el Materiales de la naturaleza artículo titulado "Energía fotovoltaica de puntos cuánticos colodiales usando pasivación de ligando atómico, “Los investigadores demuestran cómo las envolturas que encapsulan los puntos cuánticos pueden reducirse a una mera capa de átomos.

"Descubrimos cómo encoger los materiales de pasivación al tamaño más pequeño imaginable, "afirma el profesor Ted Sargent, autor correspondiente del trabajo y titular de la Cátedra de Investigación de Canadá en Nanotecnología en la U de T.

Un desafío crucial para el campo ha sido lograr un equilibrio entre comodidad y rendimiento. El diseño ideal es uno que empaqueta firmemente los puntos cuánticos. Cuanto mayor sea la distancia entre puntos cuánticos, menor es la eficiencia.

Sin embargo, los puntos cuánticos suelen estar cubiertos con moléculas orgánicas que añaden uno o dos nanómetros. Al trabajar en una nanoescala, eso es voluminoso. Sin embargo, las moléculas orgánicas han sido un ingrediente importante en la creación de un coloide, que es una sustancia que se encuentra dispersa en otra sustancia. Esto permite pintar los puntos cuánticos sobre otras superficies.

Para resolver el problema, los investigadores han recurrido a ligandos inorgánicos, que unen los puntos cuánticos utilizando menos espacio. El resultado son las mismas características coloides pero sin las moléculas orgánicas voluminosas.

"Envolvimos una sola capa de átomos alrededor de cada partícula. Como resultado, empaquetaron los puntos cuánticos en un sólido muy denso, "explica el Dr. Jiang Tang, el primer autor del artículo que realizó la investigación mientras era becario postdoctoral en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática Edward S. Rogers en la U of T.

El equipo mostró las corrientes eléctricas más altas, y la mayor eficiencia general de conversión de energía, jamás visto en las células solares CQD. Los resultados de rendimiento fueron certificados por un laboratorio externo, Newport, que está acreditado por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU.

"El equipo demostró que pudimos eliminar las trampas de carga, lugares donde los electrones se atascan, mientras seguíamos empaquetando los puntos cuánticos muy juntos". "dice el profesor John Asbury de Penn State, coautor del trabajo.

La combinación de empaquetamiento cerrado y eliminación de trampas de carga permitió a los electrones moverse rápida y suavemente a través de las células solares. proporcionando así una eficiencia récord.

"Este hallazgo demuestra el poder de los ligandos inorgánicos en la construcción de dispositivos prácticos, "afirma el profesor Dmitri Talapin de la Universidad de Chicago, que es un líder de investigación en el campo. "Esta nueva química de superficie proporciona el camino hacia células solares de puntos cuánticos eficientes y estables. También debería afectar a otros dispositivos electrónicos y optoelectrónicos que utilizan nanocristales coloidales. Las ventajas del enfoque totalmente inorgánico incluyen un transporte electrónico enormemente mejorado y un camino a largo plazo. estabilidad temporal ".

"En KAUST pudimos visualizar, con una resolución increíble en la escala de longitud subnanométrica, la estructura y composición de esta notable nueva clase de materiales, "afirma el profesor Aram Amassian de KAUST, un coautor del trabajo.

"Demostramos que los pasivantes inorgánicos estaban estrechamente correlacionados con la ubicación de los puntos cuánticos; y que era este nuevo enfoque para la pasivación química, en lugar de ordenar nanocristales, que llevó a este rendimiento récord de células solares de puntos cuánticos coloidales, " él añade.

Como resultado del potencial de este descubrimiento de investigación, U of T y KAUST han firmado un acuerdo de licencia de tecnología, gestionado por MaRS Innovations (MI), lo que permitirá la comercialización global de esta nueva tecnología.

"El mundo, y el mercado, necesitan innovaciones solares que rompan el compromiso existente entre rendimiento y costo. A través de U of T's, Mal, y la asociación de KAUST, estamos preparados para traducir una investigación apasionante en innovaciones tangibles que se puedan comercializar, "dijo Sargent.