Perovskitas Multiplican la eficiencia superconductora del silicio

Las perovskitas pueden ser mucho más eficientes que el silicio, y no solo más asequibles, en la fabricación de detectores y células solares.

El silicio, el material semiconductor estándar utilizado en multitud de aplicaciones -unidades centrales de procesamiento (CPU), chips semiconductores, detectores y células solares-, es un material abundante en la naturaleza. Sin embargo, su extracción y purificación son caras.

Las perovskitas -una familia de materiales apodados así por su estructura cristalina- se han mostrado extraordinariamente prometedoras en los últimos años como sustituto. Ahora, un estudio dirigido por Chunlei Guo, profesor de Óptica de la Universidad de Rochester, sugiere que su eficiencia puede multiplicarse.

Normalmente, los investigadores sintetizan las perovskitas en un laboratorio húmedo y, a continuación, aplican el material en forma de película sobre un sustrato de vidrio y exploran diversas aplicaciones.

Guo, en cambio, propone un enfoque novedoso basado en la física. Utilizando un sustrato con una capa de metal o capas alternas de metal y material dieléctrico -en lugar de vidrio-, él y sus coautores descubrieron que podían aumentar la eficiencia de conversión de luz de la perovskita en un 250%.

Sus hallazgos se publican en Nature Photonics.

“Nadie había hecho esta observación en el campo de las perovskitas”, afirma Guo. “De repente, podemos poner una plataforma metálica debajo de una perovskita, cambiando completamente la interacción de los electrones dentro de la perovskita. Así, utilizamos un método físico para diseñar esa interacción”.

Los metales son probablemente los materiales más simples de la naturaleza, pero se puede hacer que adquieran funciones complejas. El laboratorio de Guo tiene una amplia experiencia en este sentido. El laboratorio ha sido pionero en una serie de tecnologías que transforman metales simples en negros como el carbón, superhidrofílicos (que atraen el agua) o superhidrofóbicos (que la repelen). En sus estudios recientes, los metales mejorados se han utilizado para la absorción de energía solar y la purificación del agua.

En este nuevo trabajo, en lugar de presentar una forma de mejorar el propio metal, el laboratorio de Guo demuestra cómo utilizar el metal para mejorar la eficiencia de las perovskitas.

“Un trozo de metal puede hacer tanto trabajo como una compleja ingeniería química en un laboratorio húmedo”, afirma Guo, y añade que la nueva investigación puede ser especialmente útil para la futura captación de energía solar.

En una célula solar, los fotones de la luz solar tienen que interactuar con los electrones y excitarlos, haciendo que los electrones abandonen sus núcleos atómicos y generando una corriente eléctrica, explica Guo. Lo ideal sería que la célula solar utilizara materiales débiles que atrajeran los electrones excitados de vuelta a los núcleos atómicos y detuvieran la corriente eléctrica.

El laboratorio de Guo demostró que esa recombinación podía evitarse sustancialmente combinando un material de perovskita con una capa de metal o un sustrato metamaterial formado por capas alternas de plata, un metal noble, y óxido de aluminio, un dieléctrico.