Madrid, 8 may.- La energía solar es una de las fuentes de energía renovables que más está de moda. A diferencia de la eólica y la hidroeléctrica, millones de personas pueden aprovecharla en sus hogares mediante la instalación de placas solares, que pueden colocarse en el tejado de la vivienda o en el jardín, dependiendo del espacio del que se disponga. El abaratamiento de la tecnología ha permitido que cada vez más personas sean capaces de ahorrar un buen dinero en la factura de la luz todos los meses.
Los paneles fotovoltaicos suelen estar hechos de silicio, pudiendo ser monocristalinos (de color negro, más eficiente) o policristalinos (de color azul, menos eficiente). Sin embargo, existen varias alternativas, algunas ya comerciales y otras todavía en desarrollo, que podrían hacer que el silicio tenga los días contados en estas placas. Uno de los materiales más prometedores es la perovskita, que en pruebas de laboratorio ha logrado superar al silicio y permite fabricar paneles bastante finos.
Si las placas de perovskita no han desplazado ya a las de silicio se debe a que no son tan duraderos. Investigadores están buscando la manera de hacerlos más resistentes. Mientras lo consiguen, algunos continúan mejorando su eficiencia y estabilidad, como es el caso de un grupo de investigadores japoneses de la Universidad de Chiba, dentro del Área Metropolitana de Tokio, la cual posee facultades y disciplinas únicas de alto nivel.
Las células solares de perovskita (PSC) son una de las tecnologías de energía renovable más prometedoras de la última década. Este mineral es ligero y se puede fabricar mediante métodos de procesamiento en solución de bajo coste. Por estos motivos, ofrecen una mayor versatilidad para aplicaciones que van más allá de las instalaciones solares en tejados, pudiendo integrarse en las ventanas de los edificios, superficies de los vehículos y dispositivos electrónicos portátiles.
El desarrollo de monocapas recolectoras de huecos (HCM) ha sido uno de los mayores avances recientes. Estas capas ultrafinas recogen cargas eléctricas positivas, o huecos, del material de perovskita. Las HCM han impulsado las PSC de unión simple hasta una eficiencia de conversión de energía del 26,9 %, al tiempo que mejoran la estabilidad.
No obstante, los científicos todavía no comprenden del todo bien los mecanismos fundamentales que rigen su comportamiento molecular y electrónico. Se sabe que la alineación de los niveles de energía en la interfaz entre el electrodo, el HCM y la capa de perovskita desempeña un papel crucial en la eficiencia del movimiento de cargas a través del movimiento. Sin embargo, diversas teorías contrapuestas, como la alineación del nivel de vacío la alineación del nivel de Fermi y el modelo Schottky modificado por el electrodo, se han utilizado indistintamente para modelar los niveles de energía en la interfaz.
Por tanto, los científicos, ahora mismo, tienen dificultades para predecir qué materiales HCM tendrían un buen rendimiento o para diseñar otros nuevos sin depender en gran medida del método de ensayo y error. Lo bueno es que el equipo liderado por el profesor Hiroyuki Yoshida de la Escuela de Posgrado de Ingeniería de la Universidad de Chiba ha abordado esta laguna de conocimiento mediante el desarrollo del primer modelo universal para la alineación de niveles de energía en las interfaces electrodo/HCM/perovskita.
Los investigadores, para construir el modelo, utilizaron técnicas avanzadas, como la espectroscopia de fotoelectrones ultravioleta y la espectroscopia de fotoelectrones inversa de baja energía. Las mediciones les permitieron determinar magnitudes importantes en los materiales, como la función de trabajo y la energía de ionización. El modelo propuesto considera la interfaz electrodo/HCM/perovskita como dos regiones distintas.
El modelo identificó dos factores críticos que determinan la eficiencia de recolección de huecos: la curvatura de banda y la altura de la barrera de energía interfacial. “Utilizando solo estos parámetros, nuestro modelo explica con éxito y de forma autoconsistente por qué ciertos HCM dan lugar a un rendimiento superior en las células solares, mientras que otros no”, afirmó Yoshida. El equipo validó el modelo probándolo con datos experimentales de una amplia gama de materiales y combinaciones de perovskita.
Los investigadores también señalan que el impacto de su trabajo podría extenderse más allá de las células solares, pudiendo aplicarse los mismos principios a dispositivos emisores de luz y transistores. “Más allá de la energía fotovoltaica, este marco puede extenderse a otros dispositivos electrónicos semiconductores, estableciendo una nueva base en la ciencia de los materiales que contribuye a las tecnologías de energía sostenible”, concluyó Yoshida. (Texto y foto: National Geographic)
