Los especialistas de la Universidad Nacional de Investigaciones Nucleares de Rusia (MEPhI) desarrollaron la tecnología para crear un nuevo material que consiste de puntos cuánticos, cristales semiconductores cuyo tamaño es de varios nanómetros.
Los resultados de la investigación, publicada en el Journal of Physical Chemistry Letters, ayudarán a desarrollar paneles solares baratos que transformarán un amplio espectro de la luz solar en electricidad.
Representación gráfica del condensado de puntos cuánticos y del proceso de transferencia de la carga entre los nanocristales vecinos © Foto: Mephi
Debido a la reducción de reservas del combustible tradicional, la humanidad necesita fuentes alternativas de la energía, por eso la energía solar desempeña hoy un papel importante. Los dispositivos fotovoltaicos que transforman la energía solar en electricidad se fabrican de materiales semiconductores inorgánicos basados en silicio. Estos dispositivos tienen varias deficiencias importantes. Ante todo, el rendimiento de la batería de silicio es limitado: es de un 20%, ya que tales elementos no pueden transformar todo el espectro de la luz solar y una parte de la radiación infrarroja pasa desapercibida. Además, la fabricación de paneles solares de silicio es un proceso complicado y caro. Por eso hoy en el mundo se llevan a cabo investigaciones para encontrar la posibilidad de usar en estas baterías nuevos materiales, en particular, perovskitas (cuyos principios físicos de funcionamiento se empezaron a estudiar en los últimos años) y semiconductores orgánicos y nanohíbridos.
Representación gráfica del condensado de puntos cuánticos y del proceso de transferencia de la carga entre los nanocristales vecinos © Foto: Mephi
Los nanocristales semiconductores (puntos cuánticos) es un material nanohíbrido creado por los científicos de la MEPhI que está cubiertos con ligandos, moléculas orgánicas que impiden que los puntos cuánticos se peguen. Por eso los puntos cuánticos conservan sus 'características individuales' formando un medio continuo, lo que hace posible el paso de la corriente eléctrica. Esta conductividad se caracteriza por saltos electrónicos, como semiconductores orgánicos, donde los saltos de los electrones no se producen entre moléculas orgánicas, sino entre los puntos cuánticos.
Según uno de los autores de la investigación, el profesor del Departamento de Física de Medios Condensados de la MEPhI Vladímir Nikitenko, "en la publicación se muestra que se puede describir la transferencia de la carga y de la energía en los condensados de puntos cuánticos por un simple formalismo del modelo de cruces múltiples. Esto facilita la tarea de modelación teórica del transporte necesario para optimizar las características de dispositivos optoelectrónicos basados en los condensados de puntos cuánticos".
La tecnología se basa en el siguiente principio innovador: cambiado el tamaño de puntos cuánticos se puede gestionar fácilmente las propiedades de paneles solares (por ejemplo, ampliar el espectro de absorción). Los condensados de puntos cuánticos se fabrican con métodos simples y baratos, pero para obtener un cubrimiento de buena calidad es necesario elegir minuciosamente las condiciones de su fabricación, así como el tipo de moléculas orgánicas que unen los puntos cuánticos. En la MEPhI han dominado la tecnología de sustitución de ligandos con la temperatura de medio ambiente, lo que permite cambiar la distancia entre los puntos cuánticos y de ese modo gestionar la eficacia de transferencia de la energía y de la carga.
"Los materiales nanohíbridos con puntos cuánticos pueden usarse no sólo para crear elementos fotovoltaicos o diodos luminosos, sino también en relación con materiales semiconductores más complicados, por ejemplo, tales que pueden usarse para crear sensores de alta sensibilidad de nueva generación", destaca otro autor, el profesor del Departamento de Física de Micro y Nanosistemas de la MEPhI Alexandr Chistiakov.
Con información de Sputnik, 29.10.2017
