Los materiales solares bidimensionales pueden ofrecer una forma de extraer más energía de la luz solar. Al ajustar la estructura de un material solar de perovskita 2-D, Los investigadores de KAUST y el Instituto de Tecnología de Georgia han demostrado que pueden prolongar la vida útil de los portadores calientes altamente energéticos generados por la luz que incide en el material. El enfoque podría ofrecer una forma de capturar la energía solar de manera más eficiente.

Las perovskitas híbridas orgánico-inorgánicas son materiales solares atractivos porque son potencialmente mucho menos costosas de producir que el silicio. Sin embargo, Quedan dudas sobre la estabilidad a largo plazo de las perovskitas.

"Como alternativa a las perovskitas híbridas tridimensionales, Las perovskitas híbridas 2-D tienen estabilidad y resistencia a la humedad mejoradas, "dice Jun Yin, miembro de los grupos de investigación de Omar Mohammed y Osman Bakr. Sin embargo, El enfriamiento del portador caliente en estos materiales no se ha estudiado extensamente, añade Partha Maity, becario postdoctoral en el equipo KAUST.

Los portadores calientes se forman debido a la amplia gama de energías de la luz solar, que va desde infrarrojos de baja energía y luz roja en un extremo del espectro, a violeta y ultravioleta en el extremo de alta energía. Los paneles solares capturan energía cuando la luz entrante golpea un electrón en un estado excitado, pero incluso la luz roja puede excitar un electrón en una banda conductora. La luz de mayor energía puede generar portadores calientes súper excitados, pero derraman su energía adicional mucho más rápido de lo que los materiales solares convencionales pueden capturarlos.

Mohammed y el equipo examinaron si cambiar el componente orgánico de las perovskitas 2-D híbridas podría ralentizar el enfriamiento del portador caliente, permitiendo capturar toda su energía.

Usando espectroscopia láser ultrarrápida, examinaron materiales de perovskita de yoduro de plomo con tres componentes orgánicos diferentes:etanolamina (EA), aminopropanol (AP) y feniletilamina (PEA). "La espectroscopia ultrarrápida es un método muy poderoso y conveniente para rastrear directamente la relajación del portador caliente, ", Dice Mohammed." Podemos seguir su dinámica ultrarrápida en tiempo real ".

El equipo vio una diferencia significativa entre los tres materiales diferentes. "Descubrimos que (EA) ₂ PbI ₄ el monocristal se sometió a un proceso de enfriamiento del portador caliente mucho más lento, "Dice Yin. Con la ayuda de simulaciones de dinámica molecular, el equipo demostró que la estructura basada en EA suprimió una serie de mecanismos por los cuales los portadores calientes generalmente pierden energía en la estructura de perovskita circundante.

"Desde que aprendimos de este estudio cómo ralentizar la dinámica del portador caliente en perovskitas 2-D, ahora nos centraremos en la extracción de estos portadores en una arquitectura de celda solar real y en su posible contribución a la eficiencia de conversión general, ", Dice Mohammed. El equipo también examinará la dinámica de los portadores calientes y la extracción en perovskitas 2-D con diferentes composiciones, él añade.