Los científicos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) han realizado una revisión exhaustiva de una clase única y emergente de materiales que se pueden usar en células solares, electrolisis y otras aplicaciones de energía.
El artículo publicado en la revista Chemical Reviews se centró en semiconductores de calcogenuro con amplios intervalos de banda. Los “calcogenuros” son materiales que contienen elementos de calcógeno como azufre, selenio o teluro, que se encuentran en la misma columna que el oxígeno en la tabla periódica. Los materiales semiconductores con banda ancha son transparentes a la luz visible, así como a las longitudes de onda infrarrojas y, a veces, ultravioleta. Sin embargo, los calcogenuros transparentes no han sido sometidos a una revisión exhaustiva y profunda.
Los materiales que son transparentes y conductores son raros por naturaleza. Los óxidos conductores transparentes (o TCO, por sus siglas en inglés), que se usan en las células solares, representan los semiconductores de banda ancha investigados más intensamente. Los óxidos son más estables y más abundantes que los calcogenuros, aún menos estudiados.
"Debido a la química de oxígeno predominante de la Tierra, los materiales conductores transparentes y estables más conocidos son los óxidos", dijo Rachel Woods-Robinson, investigadora del NREL. "Sin embargo, esto significa que en el laboratorio hay buenas oportunidades para explorar, cultivar y probar nuevos calcogenuros que nunca se han hecho".
En las células solares, la luz solar llega al material absorbente (como el silicio) y desencadena el movimiento de la carga eléctrica. Pero primero, la luz debe pasar a través de una capa de contacto conductora transparente. Esta capa especial también tiene que transferir carga eléctrica al circuito. Los contactos conductores transparentes son de dos tipos: tipo n ("n" para carga negativa) donde las cargas móviles son electrones, o tipo p ("p" para carga positiva) donde las cargas móviles son "agujeros" (un "agujero" es esencialmente una burbuja cargada positivamente en un mar de electrones cargados negativamente).
Los contactos de óxido transparentes pueden ser excelentes conductores de tipo n, pero son conductores bastante pobres de tipo p. Sin embargo, los conductores transparentes de tipo p son esenciales para muchas aplicaciones de células solares, por lo que los científicos aún están buscando mejores materiales de tipo p. En comparación con los óxidos, los contactos transparentes de calcogenuro tienen muchas más probabilidades de ser buenos conductores de tipo p, lo cual es una de las razones por las que es importante investigar.
"A veces es difícil para los investigadores comenzar a usar nuevos materiales para fabricar dispositivos, si no hay un lugar donde se resumen las propiedades y aplicaciones de estos materiales", dijo Zakutayev. "Este artículo de 50 páginas con más de 550 referencias y muchas cifras resumidas revisa las direcciones de investigación más importantes en el campo".
Las propiedades únicas de los calcogenuros transparentes son ideales para aplicaciones específicas en dispositivos electrónicos: células solares, dispositivos de división de agua y transistores transparentes, entre otros. En última instancia, la incorporación de estos materiales poco explorados en dispositivos con nuevas configuraciones podría generar aumentos en la eficiencia.
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