Al crear una nueva forma de interacción entre la luz y la materia, investigadores de la Universidad de California en Irvine han permitido la producción de células solares de silicio ultrafinas que podrían ayudar a expandir la tecnología de conversión de energía a una gama más amplia de aplicaciones, incluida la ropa termoeléctrica. barcos. Carga de vehículos y dispositivos.

El desarrollo es el tema de un artículo publicado recientemente como artículo de portada en una revista. ACS Nano. Los investigadores de UC Irvine confían en convertir el silicio puro de un semiconductor de banda prohibida indirecto a uno directo en la forma en que interactúa con la luz.

El equipo de UC Irvine, junto con científicos de la Universidad Federal de Kazán y la Universidad de Tel Aviv en Rusia, encontraron un método innovador acondicionando la luz en lugar de cambiar el material. Limitaron los fotones a asperezas de menos de 3 nanómetros cerca de un semiconductor masivo, dando a la luz una nueva propiedad (velocidad expandida) que abre nuevas vías de interacción entre la luz y la materia. Al “decorar” la superficie de silicio, dijeron los investigadores, lograron un aumento en la absorción de luz en un orden de magnitud, con un aumento significativo en el rendimiento del dispositivo.

“En los materiales semiconductores de banda prohibida directa, los electrones se mueven de la banda de valencia a la banda de conducción. El proceso sólo requiere un cambio de energía; es una transición eficiente”, dijo el autor principal Dmitry Fishman, de Química de la UC y profesor adjunto de Irvine. “En materiales de banda prohibida indirecta, como el silicio, se requiere un componente adicional, un fonón, para proporcionar el impulso necesario para que el electrón realice la transición. Bajo, las propiedades ópticas del silicio son inherentemente débiles”.

Como semiconductor de banda prohibida indirecta, las malas propiedades ópticas del silicio limitan el desarrollo de la conversión de la energía solar, y de la optoelectrónica en general, lo que supone un inconveniente teniendo en cuenta que el silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre y es la base sobre la que se sustenta el mundo. basado. Se crearon industrias de informática y electrónica.

“Los fotones transportan energía pero casi ningún impulso”, dijo el coautor Eric Potma, profesor de química de UC Irvine, “pero si cambiamos la narrativa de los libros de texto y de alguna manera le damos impulso al fotón, podremos excitar electrones sin necesidad de partículas adicionales.” “Esto reduce la interacción a sólo dos partículas, un fotón y un electrón, como en los semiconductores de banda prohibida directa, y aumenta la absorción de luz en un factor de 10.000, cambiando completamente la química del material “cambia la interacción luz-materia sin cambiar”.

El coautor Ara Upkarin, profesor emérito de química distinguido de UC Irvine, dijo: “Este fenómeno cambia fundamentalmente la forma en que la luz interactúa con la materia. Tradicionalmente, los libros de texto nos enseñaban sobre las llamadas transiciones ópticas verticales, donde un material absorbe la luz solo con una Sin embargo, los fotones acelerados pueden cambiar tanto el estado de energía como el de momento de los electrones, abriendo nuevas vías de transición que pueden cambiar. Pero no lo habíamos considerado antes, podemos ‘inclinar el libro de texto’, porque estos fotones. permiten transiciones oblicuas que afectan dramáticamente la capacidad de absorber o emitir luz”.

Según los investigadores, el desarrollo brinda la oportunidad de aprovechar los avances recientes en las técnicas de fabricación de semiconductores en la escala inferior a 1,5 nanómetros, que tienen el potencial de impactar las tecnologías de fotodetección y conversión de energía luminosa.

“Con los crecientes impactos del cambio climático, la transición de los combustibles fósiles a la energía renovable es más importante que nunca. La energía solar es clave para esta transición, pero todavía dependemos de las células solares comerciales”, afirmó Potma. “Están disminuyendo”. “, dijo Potma. “La escasa capacidad del silicio para absorber la luz significa que estas células requieren capas más gruesas (alrededor de 200 micrómetros de material cristalino puro) para capturar eficazmente la luz solar. Los costos aumentan pero también la eficiencia es limitada debido al aumento de la recombinación de los portadores de carga. Las células solares de película se ven ampliamente como solución a estos desafíos porque nuestra investigación está un paso más cerca de la realidad.

Otros coautores del estudio fueron Joanie Mirham y Aleksej Noskov de UC Irwin. Elena Batalova y Sergey Khrentsev, investigadores de la Universidad Federal de Kazán; y los investigadores de la Universidad de Tel Aviv Liat Ketrivas y Alexander Kotliar. El proyecto recibió apoyo financiero de la Iniciativa Chan Zuckerberg.

Fuente: ucodigital.com.ar