La combinación de puntos cuánticos y moléculas orgánicas puede permitir que las células solares capturen más luz solar.

La luz del sol es nuestra fuente más abundante de energía renovable, y aprender la mejor manera de recolectar esta radiación es clave para las necesidades futuras de energía del mundo. Los investigadores de KAUST han descubierto que la eficiencia de las células solares se puede aumentar combinando nanocristales semiconductores inorgánicos con moléculas orgánicas.

Los puntos cuánticos son cristales que solo miden aproximadamente 10 nanómetros de ancho. Un electrón atrapado por el punto tiene propiedades bastante diferentes de las de un electrón libre para moverse a través de un material más grande.

"Una de las mayores ventajas de los puntos cuánticos para las tecnologías de células solares es la capacidad de sintonización de sus propiedades ópticas, ", explicó el profesor asistente de ciencia química de KAUST, Omar Mohammed." Pueden controlarse variando el tamaño del punto cuántico ".

Mohammed y sus colegas están desarrollando puntos cuánticos de sulfuro de plomo para la recolección de energía óptica; estos tienden a ser más grandes que los puntos hechos de otros materiales. Respectivamente, Los puntos cuánticos de sulfuro de plomo pueden absorber luz en un rango más amplio de frecuencias. Esto significa que pueden absorber una mayor proporción de la luz del sol en comparación con otros puntos más pequeños.

Para hacer una celda solar en pleno funcionamiento, los electrones deben poder alejarse de la región de absorción de puntos cuánticos y fluir hacia un electrodo. Irónicamente, la propiedad de los grandes puntos cuánticos de sulfuro de plomo que los hace útiles para la absorción de banda ancha (una banda prohibida de energía de electrones más pequeña) también dificulta este proceso de recolección de energía. Previamente, La transferencia de electrones eficiente solo se había logrado para puntos cuánticos de sulfuro de plomo de menos de 4,3 nanómetros de diámetro, lo que provocó un corte en la frecuencia de la luz convertida.

La innovación de Mohammed y el equipo fue mezclar puntos cuánticos de sulfuro de plomo de varios tamaños con moléculas de una familia conocida como porfirinas. Los investigadores demostraron que al cambiar la porfirina utilizada, es posible controlar la transferencia de carga desde grandes puntos de sulfuro de plomo; mientras que una molécula apagó la transferencia de carga por completo, otro permitió la transferencia a una velocidad superior a 120 femtosegundos.

El equipo cree que esta mejora en la capacidad de recolección de energía se debe a las interacciones electrostáticas interfaciales entre la superficie del punto cuántico cargada negativamente y la porfirina cargada positivamente.

"Con este enfoque, ahora podemos extender el tamaño del punto cuántico para una transferencia de carga eficiente para incluir la mayor parte de la región espectral del infrarrojo cercano, llegar más allá del límite informado anteriormente, ", declaró Mohammed." Esperamos ahora implementar esta idea en células solares con diferentes arquitecturas para optimizar la eficiencia ".