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(noticias nanowerk) Un avance innovador en la investigación en energía solar ha estimulado el desarrollo de la célula solar de punto cuántico (QD) más eficiente del mundo, lo que marca un paso significativo hacia la comercialización de células solares de próxima generación. Esta solución y dispositivo QD de última generación ha demostrado un rendimiento excepcional y mantiene su eficiencia incluso después de un almacenamiento prolongado.
Dirigido por el profesor Sung-Yeon Jang de la Escuela de Ingeniería Química y Energética de la UNIST, un equipo de investigadores ha presentado una nueva técnica de intercambio de ligandos. Este enfoque innovador permite la síntesis de puntos cuánticos de perovskita (PQD) a base de cationes orgánicos que garantizan una estabilidad excepcional al tiempo que suprimen los defectos internos en la capa fotoactiva de las células solares.
Los resultados de esto por parte del Dr. El estudio en coautoría de Javid Aqoma Khoiruddin y Sang-Hak Lee se publicó en energía natural (“Estrategia de intercambio de ligandos basada en yoduro de alquil amonio para células solares de puntos cuánticos de perovskita de alta eficiencia con cationes orgánicos”).
«Nuestra tecnología desarrollada ha logrado una impresionante eficiencia del 18,1% para las células solares QD», explicó el profesor Jang. «Este notable logro representa la mayor eficiencia entre las células solares de puntos cuánticos reconocidas por el prestigioso Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) de Estados Unidos».
El creciente interés en campos relacionados es evidente cuando tres científicos que descubrieron y desarrollaron QD como productos de nanotecnología avanzada recibieron el Premio Nobel de Química el año pasado. Los QD son nanocristales semiconductores con dimensiones típicas en el rango de varios a decenas de nanómetros que son capaces de controlar propiedades fotoeléctricas en función del tamaño de sus partículas. En particular, los PQD han atraído una gran atención de la investigación debido a sus excelentes propiedades fotoeléctricas.
Además, su proceso de fabricación implica una simple pulverización o aplicación de un disolvente, eliminando la necesidad de un proceso de crecimiento sobre sustratos. Este enfoque optimizado permite una producción de alta calidad en diversos entornos de fabricación.
Sin embargo, el uso práctico de QD como células solares requiere tecnología que reduzca la distancia entre QD mediante el intercambio de ligandos, un proceso que une una molécula grande, como un receptor de ligando, a la superficie de un QD. Los PQD orgánicos enfrentan desafíos importantes, incluidos defectos en sus cristales y superficies durante el proceso de sustitución. Por lo tanto, como materiales para las células solares se han utilizado predominantemente PQD inorgánicos con una eficiencia limitada de hasta el 16%.
En este estudio, el equipo de investigación utilizó una estrategia de reemplazo de ligando basada en yoduro de alquilamonio y reemplazó eficazmente los PQD orgánicos con ligandos con excelente utilización solar. Este avance permite la creación de una capa QD fotoactiva para células solares con alta eficiencia de sustitución y defectos controlados.
En consecuencia, la eficiencia de los PQD orgánicos, anteriormente limitada al 13 % utilizando la tecnología de sustitución de ligandos existente, mejoró significativamente al 18,1 %. Además, estas células solares tienen una estabilidad excepcional y mantienen su rendimiento incluso después de un almacenamiento prolongado de más de dos años. Las células solares orgánicas PQD recientemente desarrolladas tienen alta eficiencia y estabilidad al mismo tiempo.
«Las investigaciones anteriores sobre células solares QD han utilizado predominantemente PQD inorgánicos», señaló Sang-Hak Lee, primer autor del estudio. «A través de este estudio, hemos demostrado el potencial al abordar los desafíos asociados con las PQD orgánicas, que han resultado difíciles de explotar».
«Este estudio representa una nueva dirección para el método de intercambio de ligandos en PQD orgánicos y sirve como catalizador para revolucionar el campo de la investigación de materiales de células solares QD en el futuro», comentó el profesor Jang.
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