El efecto fotovoltaico de los cristales ferroeléctricos se puede incrementar en un factor de 1,000 si se disponen periódicamente tres materiales diferentes en una red. Esto ha sido revelado en un estudio realizado por investigadores de la Universidad Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU). Lo lograron creando capas cristalinas de titanato de bario, titanato de estroncio y titanato de calcio que colocaron alternativamente uno encima del otro. Sus hallazgos, que podrían aumentar significativamente la eficiencia de las células solares.
La mayoría de las células solares se basan actualmente en silicio; sin embargo, su eficiencia es limitada. Esto ha llevado a los investigadores a examinar nuevos materiales, como los ferroeléctricos como el titanato de bario, un óxido mixto hecho de bario y titanio. “Ferroeléctrico significa que el material tiene cargas positivas y negativas separadas espacialmente”, explica el físico Dr. Akash Bhatnagar del Centro de Competencia de Innovación SiLi-nano de MLU. "La separación de cargas conduce a una estructura asimétrica que permite generar electricidad a partir de la luz". A diferencia del silicio, los cristales ferroeléctricos no requieren la llamada unión pn para crear el efecto fotovoltaico, en otras palabras, no hay capas dopadas positiva y negativamente. Esto hace que sea mucho más fácil producir la energía solar. paneles.
Sin embargo, el titanato de bario puro no absorbe mucha luz solar y, en consecuencia, genera una fotocorriente comparativamente baja. Las últimas investigaciones han demostrado que la combinación de capas extremadamente delgadas de diferentes materiales aumenta significativamente el rendimiento de energía solar. “Lo importante aquí es que se alterna un material ferroeléctrico con un material paraeléctrico. Aunque este último no tiene cargas separadas, puede volverse ferroeléctrico en determinadas condiciones, por ejemplo, a bajas temperaturas o cuando su estructura química se modifica ligeramente ”, explica Bhatnagar.
El grupo de investigación de Bhatnagar descubrió que el efecto fotovoltaico aumenta en gran medida si la capa ferroeléctrica se alterna no solo con una, sino con dos capas paraeléctricas diferentes. El investigador, explica: “Incorporamos el titanato de bario entre titanato de estroncio y titanato de calcio. Esto se logró vaporizando los cristales con un láser de alta potencia y volviéndolos a depositar sobre sustratos portadores. Esto produjo un material compuesto por 500 capas de unos 200 nanómetros de espesor ".
Al realizar las mediciones fotoeléctricas, el nuevo material se irradió con láser luz. El resultado sorprendió incluso al grupo de investigación: en comparación con el titanato de bario puro de un espesor similar, el flujo de corriente era hasta 1,000 veces más fuerte, y esto a pesar de que la proporción de titanato de bario como componente fotoeléctrico principal se redujo en casi dos tercios. . “La interacción entre las capas reticulares parece conducir a una permitividad mucho más alta; en otras palabras, los electrones pueden fluir mucho más fácilmente debido a la excitación de los fotones de luz”, explica Akash Bhatnagar. Las mediciones también mostraron que este efecto es muy robusto: se mantuvo casi constante durante un período de seis meses.
Ahora se deben realizar más investigaciones para descubrir exactamente qué causa el efecto fotoeléctrico excepcional. Bhatnagar confía en que el potencial demostrado por el nuevo concepto se pueda utilizar para aplicaciones prácticas en paneles solares. “La estructura de capas muestra un rendimiento más alto en todos los rangos de temperatura que los ferroeléctricos puros. Los cristales también son significativamente más duraderos y no requieren un embalaje especial ".
