Izquierda:puntos cuánticos cubiertos con ligandos orgánicos. Las moléculas orgánicas voluminosas (amarillo y azul) han llevado a un rendimiento más bajo. Derecha:Puntos cuánticos cubiertos con los nuevos ligandos inorgánicos que se describen en el trabajo. Reducir el volumen ayudó a sacar electrones, lo que lleva a un rendimiento récord. Crédito:Sargent Lab, Universidad de Toronto. Crédito:Sargent Lab, Universidad de Toronto
La célula solar de punto cuántico coloidal más eficiente jamás creada se describirá en un artículo científico que se publicará en una edición impresa de la revista. Materiales de la naturaleza por un equipo de científicos que incluye a John Asbury, profesor asistente de química en Penn State University. Otros miembros del equipo de investigación se encuentran en la Universidad de Toronto (U of T) en Canadá y en la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST) en Arabia Saudita. La revista también publicará los logros del equipo en su sitio web Advance Online Publication.
"Descubrimos cómo encoger las envolturas que encapsulan los puntos cuánticos hasta el tamaño más pequeño imaginable:una mera capa de átomos, "dijo el profesor Ted Sargent en la U of T, el autor correspondiente del trabajo y el titular de la Cátedra de Investigación de Canadá en Nanotecnología. Los puntos cuánticos son semiconductores a nanoescala que capturan la luz y la convierten en energía eléctrica. Debido a su pequeño tamaño, los puntos se pueden rociar sobre superficies flexibles, incluidos los plásticos, permitiendo la producción de células solares que son menos costosas que la versión existente basada en silicio.
Pero un desafío crucial para el campo ha sido mejorar su eficiencia. El diseño ideal para una mayor eficiencia es uno que empaqueta firmemente los puntos cuánticos. Hasta ahora, Los puntos cuánticos se han cubierto con moléculas orgánicas que separan las nanopartículas en un nanómetro, lo que las hace demasiado voluminosas para una eficiencia óptima. Para resolver el problema, el equipo de investigación recurrió a ligandos inorgánicos, átomos de tamaño subnanométrico que se unen a las superficies de los puntos cuánticos y ocupan menos espacio.
Se ha logrado la mayor eficiencia de conversión de energía en una celda solar de punto cuántico coloidal (CQD) utilizando ligandos inorgánicos. Crédito:laboratorio de John Asbury, Universidad Penn State.
"Los ligandos inorgánicos forman la capa más pequeña posible que se puede envolver alrededor de puntos cuánticos, Asbury, de Penn State, explica:"Es la delgadez de la capa lo que permite que los puntos cuánticos se compacten tan cerca que los electrones pueden fluir suavemente a través del material para formar una fotocorriente".
Los puntos cuánticos coloidales examinados por Asbury y los miembros de su equipo produjeron las corrientes eléctricas más altas, y la mayor eficiencia general de conversión de energía, jamás visto en células solares de puntos cuánticos coloidales (CQD). Estos resultados de desempeño fueron certificados por un laboratorio externo, Newport, que está acreditado por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU.
Fotografía de un conjunto de dieciséis de los dispositivos de puntos cuánticos coloidales inorgánicos descritos en el artículo. Crédito:Sargent Lab, Universidad de Toronto.
"Las pruebas exhaustivas han confirmado que pudimos eliminar las trampas de carga, lugares donde los electrones se atascan, mientras seguimos empaquetando los puntos cuánticos muy juntos. ", Dijo Asbury. La combinación de empaquetamiento cerrado y eliminación de trampa de carga permitió que niveles sin precedentes de fotocorriente fluyeran a través de las células solares, proporcionando así una eficiencia récord.
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. "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." El mundo, y el mercado, necesitan innovaciones solares que rompan el compromiso existente entre rendimiento y costo.
