23.11.2022 - Ames Laboratory

Nuevos descubrimientos sobre un prometedor material para células solares, gracias a un nuevo microscopio

Un equipo de científicos del Laboratorio Nacional Ames del Departamento de Energía desarrolló una nueva herramienta de caracterización que les permitió obtener una visión única de un posible material alternativo para las células solares. Bajo la dirección de Jigang Wang, científico principal del Laboratorio Ames, el equipo desarrolló un microscopio que utiliza ondas de terahercios para recoger datos sobre muestras de materiales. A continuación, el equipo utilizó su microscopio para explorar la perovskita de yoduro de plomo de metilamonio (MAPbI3), un material que podría sustituir al silicio en las células solares.

Richard Kim, científico del Laboratorio Ames, explicó las dos características que hacen único al nuevo microscopio de sonda de barrido. En primer lugar, el microscopio utiliza el rango de terahercios de las frecuencias electromagnéticas para recoger datos sobre los materiales. Esta gama está muy por debajo del espectro de la luz visible y se sitúa entre las frecuencias de infrarrojos y microondas. En segundo lugar, la luz de terahercios se proyecta a través de una punta metálica afilada que mejora las capacidades del microscopio hacia escalas de longitud nanométricas.

"Normalmente, si tienes una onda de luz, no puedes ver cosas más pequeñas que la longitud de onda de la luz que estás utilizando. Y para esta luz de terahercios, la longitud de onda es de aproximadamente un milímetro, por lo que es bastante grande", explicó Kim. "Pero aquí utilizamos esta punta metálica afilada con un ápice que se afila hasta una curvatura de 20 nanómetros de radio, y esto actúa como nuestra antena para ver cosas más pequeñas que la longitud de onda que estábamos utilizando".

Con este nuevo microscopio, el equipo investigó un material de perovskita, el MAPbI3, que recientemente ha cobrado interés para los científicos como alternativa al silicio en las células solares. Las perovskitas son un tipo especial de semiconductor que transporta una carga eléctrica cuando se expone a la luz visible. El principal reto de utilizar MAPbI3 en las células solares es que se degrada fácilmente cuando se expone a elementos como el calor y la humedad.

Según Wang y Kim, el equipo esperaba que el MAPbI3 se comportara como un aislante cuando lo expusieran a la luz de terahercios. Dado que los datos recogidos en una muestra son una lectura de cómo se dispersa la luz cuando el material se expone a las ondas de terahercios, esperaban un nivel bajo y constante de dispersión de la luz en todo el material. Sin embargo, descubrieron que había una gran variación en la dispersión de la luz a lo largo del límite entre los granos.

Kim explicó que los materiales conductores, como los metales, tendrían un alto nivel de dispersión de la luz, mientras que los materiales menos conductores, como los aislantes, no tendrían tanto. La amplia variación de la dispersión de la luz detectada a lo largo de los límites de los granos en el MAPbI3 arroja luz sobre el problema de la degradación del material.

A lo largo de una semana, el equipo continuó recogiendo datos sobre el material, y los datos recogidos en ese tiempo mostraron el proceso de degradación a través de los cambios en los niveles de dispersión de la luz. Esta información puede ser útil para mejorar y manipular el material en el futuro.

"Creemos que el presente estudio demuestra una poderosa herramienta de microscopía para visualizar, comprender y potencialmente mitigar la degradación de los límites de grano, las trampas de defectos y la degradación de los materiales", dijo Wang. "Una mejor comprensión de estas cuestiones puede permitir el desarrollo de dispositivos fotovoltaicos basados en perovskita altamente eficientes durante muchos años".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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