Superar el 100 por ciento de eficiencia cuántica en la fotocorriente de un semiconductor híbrido inorgánico-orgánico

Sacar más partido a la luz

Al sintetizar un material semiconductor que contiene nanopartículas a base de estaño conocidas como puntos cuánticos, un equipo internacional de investigadores, incluido KAUST, logró una conversión de potencia de luz impresionante. Crédito: KAUST/Heno Hwang

Diminutos cristales, conocidos como puntos cuánticos, han permitido a un equipo internacional lograr una eficiencia cuántica superior al 100 por ciento en la fotocorriente generada en un semiconductor híbrido inorgánico-orgánico.

Las perovskitas son semiconductores interesantes para aplicaciones de captación de luz y ya han mostrado un rendimiento impresionante en células solares. Pero se necesitan mejoras en la eficiencia de conversión de fotos para llevar esta tecnología a un mercado más amplio.

La luz viene en paquetes de energía conocidos como fotones. Cuando un semiconductor absorbe un fotón, la energía electromagnética se transfiere a un electrón cargado negativamente y su contraparte cargada positivamente, conocida como hueco. Un campo eléctrico puede barrer estas partículas en direcciones opuestas, lo que permite que fluya una corriente. Este es el funcionamiento básico de una celda solar. Puede sonar simple, pero optimizar la eficiencia cuántica u obtener la mayor cantidad posible de pares de agujeros de electrones de los fotones entrantes ha sido un objetivo de larga data.

Una de las causas de la ineficiencia es que si el fotón tiene más energía de la necesaria para crear el par electrón-hueco, el exceso de energía normalmente se pierde en forma de calor. Pero los nanomateriales ofrecen una solución. Las partículas pequeñas, como los nanocristales o los puntos cuánticos, pueden convertir fotones de alta energía en más de un par de huecos de electrones.

Jun Yin y Omar Mohammed de KAUST trabajaron con Yifan Chen y Mingjie Li de la Universidad Politécnica de Hong Kong y sus colegas para demostrar esta llamada generación de excitones múltiples (MEG) en nanocristales de perovskita de haluro de estaño y plomo. “Demostramos una eficiencia cuántica de fotocorriente superior al 100 por ciento mediante el aprovechamiento de MEG en los dispositivos de nanocristales de perovskita”, dice Yin.

En el pasado, se ha observado MEG en nanocristales de perovskita con una gran banda prohibida: es decir, aquellos semiconductores que solo pueden absorber fotones de alta energía.

Los materiales de banda prohibida más estrecha presentan un mayor desafío porque los pares excitados de electrones y huecos se relajan, o se enfrían, demasiado rápido para que puedan ser extraídos en un dispositivo de celda solar en funcionamiento. “No se han informado MEG eficientes en nanocristales de perovskita de banda prohibida más estrecha y la verificación de su MEG inherente en dispositivos ópticos prácticos”, dice Yin.

Chen, Yin y el equipo sintetizaron un material semiconductor compuesto por diminutas partículas de perovskita de yoduro de plomo y estaño de formamidinio, fabricada con pequeñas cantidades de estaño, incrustadas en FAPbI sin estaño.3. El equipo cree que la introducción de estaño ayuda a retardar el “enfriamiento”. “Podremos optimizar aún más el nanocristal de perovskita alterando su composición para obtener un mayor rendimiento de MEG y mejorar la conversión de energía de luz”, dice Yin.

La investigación fue publicada en Fotónica de la naturaleza.


Ayudando a los semiconductores a encontrar una forma más fresca de relajarse


Más información:
Yifan Chen et al, Generación de excitones múltiples en nanocristales de perovskita de haluro de estaño y plomo para la mejora de la eficiencia cuántica de la fotocorriente, Fotónica de la naturaleza (2022). DOI: 10.1038/s41566-022-01006-x

Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah

Citación: Eficiencia cuántica superior al 100 % en la fotocorriente de un semiconductor híbrido inorgánico-orgánico (4 de agosto de 2022) consultado el 6 de agosto de 2022 en https://phys.org/news/2022-08-exceeding-percent-quantum-efficiency-photocurrent .html

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