Un grupo de investigación de la Universidad de Groningen, en Países Bajos, identificó un proceso en ciertas celdas solares que permitiría conservar la energía de electrones muy excitados durante un periodo mucho mayor al actual. La clave está en una clase de materiales conocidos como perovskitas de haluros metálicos basadas en estaño, que presentan una estructura cristalina tridimensional.
Estas perovskitas se forman combinando esteño con halógenos y con componentes orgánicos o inorgánicos, creando materiales capaces de absorber luz y transportar carga eléctrica. En la práctica, cuando los fotones del Sol inciden sobre el panel, transfieren energía a los electrones; los fotones más energéticos generan lo que se denomina “electrones calientes”, que podrían aportar más electricidad que los electrones convencionales.
El desafío tradicional es que esa energía extra se disipa muy rápido: los electrones calientes se enfrían en fracciones de una billonésima de segundo, liberando el exceso como calor antes de que el sistema pueda aprovecharla. En el estudio, el equipo demostró que, con estas perovskitas de estaño, la desactivación de esa energía puede retrasarse hasta nanosegundos, frente a los picosegundos habituales en otros materiales. En consecuencia, el enfriamiento de los portadores de carga se habría extendido por un factor cercano a 1.000.
La relevancia de este hallazgo radica en la posibilidad de capturar la energía de los electrones calientes antes de que se transforme en calor residual. Si se logra extraer esa energía de forma eficaz, una misma cantidad de luz podría generar más electricidad, desafiando el límite teórico de eficiencia de alrededor del 33% para celdas solares convencionales, que no logran convertir toda la energía disponible.
“El inconveniente es que la energía se pierde antes de que el electrón caliente salga del material de la célda”, explicó Jan Anton Koster, profesor de Física de Semiconductores y Dispositivos Novedosos de la Universidad de Groningen y coautor del trabajo publicado en ACS Energy Letters. El estudio combina simulaciones computacionales con mediciones experimentales basadas en luz, y se desarrolló en colaboración con Maria Antonietta Loi, profesora de Fotofísica y Optoelectrónica, para analizar por qué estas perovskitas mantienen tan lento el enfriamiento de los portadores.
El laboratorio de Loi verificó que los electrones calientes pierden su energía mucho más lentamente de lo previsto, un resultado que abre la puerta a nuevas líneas de diseño para celdas solares basadas en este tipo de materiales. El trabajo fue publicado en ACS Energy Letters, y forma parte de un esfuerzo por entender cómo optimizar la extracción de energía de portadores de alta energía antes de que se conviertan en calor.
