Ingeniería

Diminutos cristales prometen grandes beneficios para las tecnologías solares


El descubrimiento aumenta el potencial de usar los nanocristales como materiales para celdas o células solares que produzcan rendimientos eléctricos más altos que las actuales.

Los científicos, del Laboratorio Nacional de Los Alamos, dirigidos por Victor Klimov, han demostrado que la multiplicación de portadores no es exclusiva de los nanocristales de seleniuro de plomo, sino que también ocurre, con muy alta eficiencia, en los nanocristales de otros compuestos, como es el caso del seleniuro de cadmio. Además, estos nuevos resultados arrojan algo más de luz sobre el mecanismo para la multiplicación de portadores, que probablemente ocurre debido a la fotoexcitación instantánea de múltiples electrones. Tal proceso nunca había sido observado en materiales macroscópicos, y se fundamenta en las propiedades físicas únicas de los regímenes a escala nanométrica.

La investigación sobre la multiplicación de portadores, llevada a cabo por el equipo de Los Alamos en años anteriores, realmente se enfocó en analizar la respuesta de los nanocristales de seleniuro de plomo a pulsos de láser de muy corta duración. Los investigadores descubrieron que la absorción de un solo fotón podía producir dos o incluso tres electrones, y tenían la intuición de que la multiplicación de portadores probablemente no estaba restringida al seleniuro de plomo, pero necesitaban hacer más experimentos.

La multiplicación de portadores depende realmente de las muy fuertes interacciones entre los electrones, apretados dentro del diminuto volumen de una partícula de semiconductor a escala nanométrica. Por eso es el tamaño de la partícula, no su composición, quien determina principalmente la eficiencia del efecto. En cristales de dimensiones nanométricas, las fuertes interacciones entre los electrones hacen muy inestables a los electrones de alta energía. Estos electrones sólo existen por un momento en el llamado "estado virtual", antes de transformarse rápidamente a un estado más estable que comprende dos o más electrones.

Los hallazgos del grupo de Los Alamos apuntan hacia tecnologías fotovoltaicas prácticas que puedan utilizar los materiales tradicionales de las células solares tales como el teluro de cadmio, que es muy similar al seleniuro de cadmio. También pueden preverse otras interesantes aplicaciones para el uso de las tecnologías de la multiplicación de portadores, como en la producción solar de combustible, y específicamente en la producción de hidrógeno por el fraccionamiento fotocatalítico del agua. Este último proceso requiere de cuatro electrones por molécula de agua, y su eficiencia puede reforzarse de modo espectacular si estos múltiples electrones pueden producirse por medio de la absorción de un solo fotón.


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