(a) Una ilustración esquemática de las células solares con heterouniones de nanocables de óxido de zinc (ZnO) pasivados con capas de separación de carga de punto cuántico coloidal de óxido de titanio (TiO2) y sulfuro de plomo (PbS) (células solares ZnO @ TiO2 / PbS); ( b) una fotografía de las CQDSC de PbS estándar fabricadas en el laboratorio de Shen; (c) una imagen típica de microscopio electrónico de barrido de sección transversal de las células solares ZnO @ TiO2 / PbS.
Los intentos de mejorar las células solares pueden parecer un acto de equilibrio, ya que la optimización de una variable puede comprometer a otra. La introducción de nanocables en las células solares de puntos cuánticos coloidales (CQDSC) despertó interés como un medio para mejorar una limitación en el espesor de la capa de recolección de carga. Sin embargo, la gran superficie de los nanocables trae consigo otros factores inhibidores. Ahora Jin Chang, Qing Shen y sus colegas demuestran cómo una modificación adicional utilizando una capa de óxido puede reducir los efectos del área de superficie de los nanocables para obtener células solares de mejor rendimiento.
Los puntos cuánticos coloidales ofrecen una serie de ventajas para las células solares:proporcionan capas de separación de carga efectivas para producir una fotocorriente; tienen huecos de banda sintonizables; y se puede procesar en solución a bajas temperaturas. Sin embargo, la baja longitud de difusión para los portadores de carga generados en puntos cuánticos coloidales limita el grosor máximo de la capa; no debe ser más grueso que la distancia que los portadores pueden viajar para alcanzar la heterounión antes de recombinarse. Este espesor limitado limita la capacidad de absorción de energía.
Penetrar las capas de puntos cuánticos con heterouniones de nanocables puede permitir mayores espesores. Pero dado que la recombinación ocurre en las interfaces, la mayor superficie de heterouniones de nanocables socava la ventaja obtenida.
Chang, Shen y sus colegas de la Universidad de Electro-Comunicaciones y CREST en Japón, Universitat Jaume I en España, El Instituto de Tecnología de Kyushu y la Universidad King Abdulaziz en Arabia Saudita muestran que una capa de óxido de titanio puede pasivar la superficie de los nanocables reduciendo así la recombinación. La capa de óxido permite una mejora del 40% en la eficiencia de conversión de energía de los dispositivos y son estables en el aire durante más de 130 días.
"Este trabajo destaca la importancia de la pasivación de óxido metálico para lograr células solares de heterounión en masa de alto rendimiento, "concluyen los autores." El mecanismo de recombinación de carga descubierto en este trabajo podría arrojar luz sobre la mejora adicional de las CQDSC de PbS y / u otros tipos de células solares ".
