Investigadores de la Universidad de Toronto y la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST) han logrado un gran avance en el desarrollo de películas de puntos cuánticos coloidales (CQD), conduciendo a la célula solar CQD más eficiente de la historia. Su trabajo aparece en una carta publicada en Nanotecnología de la naturaleza.

Los investigadores, dirigido por el profesor de ingeniería de la U of T, Ted Sargent, creó una celda solar a partir de materiales económicos que fue certificada con un récord mundial de eficiencia del 7,0%.

"Previamente, Las células solares de puntos cuánticos se han visto limitadas por las grandes áreas de superficie interna de las nanopartículas en la película, lo que dificultaba la extracción de electricidad, "dijo la Dra. Susanna Thon, coautor principal del artículo. "Nuestro avance fue utilizar una combinación de química orgánica e inorgánica para cubrir completamente todas las superficies expuestas".

Los puntos cuánticos son semiconductores de solo unos pocos nanómetros de tamaño y se pueden usar para recolectar electricidad de todo el espectro solar, incluidas las longitudes de onda visibles e invisibles. A diferencia de las técnicas actuales de crecimiento lento y costoso de semiconductores, Las películas CQD se pueden crear rápidamente y a bajo costo, similar a la pintura o la tinta. Esta investigación allana el camino para las células solares que se pueden fabricar sobre sustratos flexibles de la misma manera que los periódicos se imprimen rápidamente en grandes cantidades.

La U de la célula T representa un aumento del 37% en la eficiencia con respecto al récord certificado anterior. Para mejorar la eficiencia, los investigadores necesitaban una forma de reducir el número de "trampas" para los electrones asociados con la mala calidad de la superficie y, al mismo tiempo, garantizar que sus películas fueran muy densas para absorber la mayor cantidad de luz posible. La solución fue el llamado esquema de "pasivación híbrida".

"Al introducir pequeños átomos de cloro inmediatamente después de sintetizar los puntos, podemos parchear los rincones y grietas previamente inalcanzables que conducen a trampas de electrones, ", explicó el estudiante de doctorado y coautor principal Alex Ip." Lo seguimos mediante el uso de enlaces orgánicos cortos para unir puntos cuánticos en la película más cerca ".

El trabajo dirigido por el profesor Aram Amassian de KAUST mostró que el intercambio de ligando orgánico era necesario para lograr la película más densa.

"El grupo KAUST utilizó métodos de sincrotrón de última generación con resolución subnanométrica para discernir la estructura de las películas y demostrar que el método de pasivación híbrida condujo a las películas más densas con las nanopartículas más compactas, "declaró el profesor Amassian.

El avance abre muchas vías para una mayor investigación y mejora de la eficiencia de los dispositivos, que podría contribuir a un futuro brillante con energía solar de bajo costo.

Según el profesor Sargent, "Nuestro mundo necesita con urgencia innovaciones, formas rentables de convertir la abundante energía del sol en electricidad utilizable. Este trabajo muestra que las abundantes interfaces de materiales dentro de los puntos cuánticos coloidales se pueden dominar de manera robusta, demostrando que se pueden combinar eficiencias de bajo costo y mejoras constantes ".