Arrojando luz sobre el origen del efecto fotovoltaico en perovskitas orgánico-inorgánicas

Reeditado por Platón

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26 de diciembre de 2023

(Noticias de Nanowerk) Un equipo dirigido por investigadores de RIKEN ha investigado cómo unos cristales especiales convierten la luz en electricidad (Angewandte Chemie, “Efecto fotovoltaico masivo a lo largo del eje no polar en perovskitas híbridas orgánico-inorgánicas”). Sus hallazgos ayudarán a fundamentar los esfuerzos para mejorar su eficiencia, lo que podría llevar a que los cristales se utilicen en células solares. Las células solares convierten la luz en electricidad mediante un fenómeno conocido como efecto fotovoltaico. La gran mayoría de las células solares constan de dos semiconductores encajados entre sí: uno con un exceso de electrones y el otro con deficiencia de electrones. Esto se debe a que la configuración tiene una alta eficiencia de conversión. Pero también ha llamado la atención otro efecto fotovoltaico: el efecto fotovoltaico en masa, llamado así porque en él interviene un solo material. Si bien su eficiencia de conversión es actualmente bastante baja, investigaciones recientes han sugerido formas de mejorarla. Ilustración esquemática del efecto fotovoltaico en masa a lo largo del eje no polar de la perovskita híbrida orgánico-inorgánica. La flecha amarilla representa un fotón de luz, mientras que las nubes azul y verde muestran un electrón y un agujero, respectivamente. La flecha roja es el eje de polarización. (© WILEY-VCH Verlag) Ha habido mucho debate sobre cómo funciona el efecto fotovoltaico en masa. Originalmente se pensó que un campo eléctrico generado por polarizaciones dentro del material daba lugar al efecto, pero recientemente ha ido ganando terreno una nueva explicación. En este nuevo mecanismo, la luz desplaza las nubes de electrones del material y estos cambios se propagan generando una corriente. Esta corriente tiene propiedades atractivas, incluida una respuesta ultrarrápida y una propagación sin disipación. Materiales conocidos como híbridos orgánico-inorgánicos. perovskitas (OIHP) tienen un gran potencial para fabricar dispositivos optoelectrónicos. El efecto fotovoltaico en masa en los OIHP se ha atribuido generalmente al antiguo mecanismo de polarización macroscópica. “A menudo se ha considerado que los campos eléctricos incorporados en los materiales son el origen del efecto fotovoltaico masivo en los OIHP, pero sin evidencia sólida”, comenta Taishi Noma del Centro RIKEN para Ciencias de la Materia Emergente. Ahora, al estudiar en detalle el efecto fotovoltaico en masa en los cristales OIHP, Noma y sus colaboradores han encontrado evidencia que es consistente con el mecanismo de cambio y descarta el mecanismo de polarización macroscópica. Específicamente, observaron el efecto fotovoltaico en masa a lo largo de un eje no polar en un OIHP, que no puede explicarse en términos del mecanismo de polarización macroscópica. Los resultados del equipo resaltan la importancia de la simetría cristalina del material. Los conocimientos adquiridos ayudarán a los investigadores a optimizar las propiedades de los OIHP adaptando su simetría. En particular, estos conocimientos pueden ayudar a mejorar la eficiencia de los OIHP a la hora de convertir la luz en electricidad. Noma y su equipo pretenden ahora explorar otros tipos de materiales. "En principio, las corrientes de desplazamiento también se pueden generar en otras clases de materiales, como cristales líquidos y cristales moleculares orgánicos", afirma Noma. "Nos gustaría ampliar este estudio a otros materiales".