La Nueva Tecnología de Quantum Dot Mejora la Eficiencia de las Células Solares
Un equipo de investigación ha desarrollado un novedoso método de luz en forma de "pulso" para mejorar la conductividad eléctrica de las células solares de puntos cuánticos de PbS. Esta nueva técnica, que reemplaza el largo proceso de tratamiento térmico tradicional, genera una cantidad considerable de energía en intervalos regulares, mejorando significativamente la eficiencia y abordando los defectos causados por la exposición a la luz, el calor y la humedad. Los puntos cuánticos de PbS, conocidos por su amplio rango de absorción y bajos costos de procesamiento, son ahora más viables para uso comercial. Se espera que este avance facilite la aplicación más amplia de la tecnología de puntos cuánticos en dispositivos optoelectrónicos. Crédito: SciTechDaily.com
Un equipo de investigación encabezado por el profesor Jongmin Choi del Departamento de Ciencia y Tecnología de la Energía en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Daegu Gyeongbuk ha desarrollado con éxito un "punto cuántico de PbS" capaz de mejorar rápidamente la conductividad eléctrica de las células solares. Este esfuerzo colaborativo involucró al profesor Changyong Lim del Departamento de Ingeniería Química Energética de la Universidad Nacional Kyungpook, dirigido por el presidente Wonhwa Hong, y al profesor Jongchul Lim del Departamento de Ingeniería Energética de la Universidad Nacional de Chungnam, bajo la dirección del presidente Jeongkyoum Kim.
El equipo identificó un método para mejorar la conductividad eléctrica mediante el uso de luz en forma de "pulso", que genera una cantidad considerable de energía de manera concentrada en intervalos regulares. Este método podría reemplazar el proceso de tratamiento térmico, que requiere una cantidad significativa de tiempo para lograr el mismo resultado. Se espera que este enfoque facilite la producción y comercialización de las células solares de puntos cuánticos de PbS en el futuro.
Los puntos cuánticos de PbS son materiales semiconductores a nanoescala que se están investigando activamente para el desarrollo de las células solares de próxima generación. Pueden absorber una amplia gama de longitudes de onda de la luz solar, incluyendo ultravioleta, luz visible, infrarrojo cercano e infrarrojo de onda corta, y tienen bajos costos de procesamiento gracias al procesamiento en solución y excelentes propiedades fotoeléctricas.
La fabricación de células solares de puntos cuánticos de PbS implica varias etapas de procesamiento. Hasta hace poco, el proceso de tratamiento térmico se consideraba un paso esencial ya que recubre eficazmente una capa de puntos cuánticos en un sustrato y trata térmicamente el material para aumentar aún más su conductividad eléctrica. Sin embargo, cuando los puntos cuánticos de PbS están expuestos a luz, calor y humedad, la formación de defectos en su superficie puede acelerarse, lo que lleva a la recombinación de la carga y al deterioro del rendimiento del dispositivo. Este fenómeno hace que sea difícil comercializar estos materiales.
Para suprimir la formación de defectos en la superficie de los puntos cuánticos de PbS, un equipo liderado por el profesor Jongmin Choi propuso un tratamiento térmico que implica la exposición de los puntos a la luz durante un breve período de unos pocos milisegundos. Las técnicas convencionales para el tratamiento térmico de capas de puntos cuánticos de PbS implican calentarlas durante decenas de minutos a altas temperaturas utilizando placas calientes, hornos, etc.
La "técnica de tratamiento térmico por pulsos" propuesta por el equipo de investigación supera las deficiencias del método existente al usar luz fuerte para completar el proceso de tratamiento térmico en unos pocos milisegundos. Este resultado suprime los defectos superficiales y prolonga la vida útil de las cargas (electrones, huecos) que generan corriente eléctrica. Además, logra una alta eficiencia.
"A través de esta investigación, pudimos mejorar la eficiencia de las células solares desarrollando un nuevo proceso de tratamiento térmico que puede superar las limitaciones del proceso de tratamiento térmico de puntos cuánticos existente", dijo el profesor Jongmin Choi del Departamento de Ciencia y Tecnología de la Energía en DGIST. "Además, se espera que el desarrollo de un proceso de puntos cuánticos con un excelente efecto de ondulación facilite la aplicación generalizada de esta tecnología a una serie de dispositivos optoelectrónicos en el futuro", agregó.
Referencia: "Supresión de trampas superficiales inducidas térmicamente en sólidos de puntos cuánticos coloidales a través de luz pulsada ultra rápida" por Eon Ji Lee, Wonjong Lee, Tae Ho Yun, Hyung Ryul You, Hae Jeong Kim, Han Na Yu, Soo-Kwan Kim, Younghoon Kim, Hyungju Ahn, Jongchul Lim, Changyong Yim y Jongmin Choi, 02 de abril de 2024, Small. DOI: 10.1002/smll.202400380
Esta investigación fue apoyada por el Proyecto Aliado Creativo del Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología de Corea, el Proyecto de Laboratorio de Investigación Básica de la Fundación Nacional de Investigación de Corea, y el Centro de Investigación de Innovación Regional para el Sistema de Energía Inteligente Carbono-Neutral de la Universidad Nacional de Kyungpook. Los resultados se publicaron en línea en la revista internacional, "Small" (co-primer autor: Eonji Lee, estudiante de doctorado, Departamento de Ciencia y Tecnología Energética, DGIST, y Wonjong Lee, estudiante de MSc integrado, Departamento de Ingeniería Energética, Universidad Nacional de Chungnam).
