Métodos mejores para medir la transferencia de electrones en paneles fotovoltaicos

A pesar de su importancia para determinar el potencial de un dispositivo fotovoltaico, los métodos actuales para medir la transferencia de electrones entre interfaces siguen sin ser precisos. Ahora, científicos de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL, Suiza) han creado un método de sustrato específico que se sirve de pulsos de emisión continua en el ultravioleta profundo para detectar dicha transferencia de electrones. Publicado en Journal of the American Chemical Society, su artículo titulado «Interfacial Electron Injection Probed by a Substrate-Specific Excitonic Signature» describe cómo dicho equipo ha desarrollado un método de sustrato específico para detectar la transferencia de electrones.

Los sistemas fotovoltaicos mejor estudiados son las células solares sensibilizadas, compuestas por un sensibilizador molecular o de estado sólido que obtiene luz e inyecta un electrón en un sustrato que favorece su migración. No obstante, las metodologías actuales basadas en frecuencias de luz desde las visibles a los terahercios (longitudes de onda entre los 400 y los 30 000 nm) pueden devolver resultados poco precisos. Este método es sensible a portadores que quedan libres en la banda de conducción del sustrato semiconductor. No son, por tanto, específicos del tipo de sustrato y no pueden utilizarse en la nueva generación de celdas fotovoltaicas sensibilizadas de estado sólido.

El equipo de la EPFL se propuso superar las limitaciones de los métodos de medición actuales de transferencia de electrones mediante dos tipos de sistemas de conversión solar sensibilizados por colorante, uno basado en dióxido de titanio y el otro en nanopartículas de óxido de zinc, los cuales pertenecen a la categoría de sustratos de óxidos de metales de transición. Mediante pulsos de emisión continua en el ultravioleta profundo, los científicos de la EPFL desarrollaron un método de sustrato específico para detectar la transferencia de electrones.

Según explican en su artículo: «Demostramos el uso de pulsos de emisión continua en el ultravioleta profundo para detectar la trasferencia interfacial de electrones, y lo logramos detectando una transición específica excitónica en anatasa (TiO2) sensibilizada con N719 y nanopartículas de wurtzita (ZnO)». A lo que añaden: «La señal al inyectar electrones desde el colorante N719 en el TiO2 está dominada por seguimiento de culombio de largo alcance de los estados finales de las transiciones excitónicas, mientras que en el caso del ZnO sensibilizado está dominada por el relleno de espacio entre fases».

Los óxidos de metales de transición (TiO2, ZnO, NiO) son aislantes de banda ancha que desde hace dos decenios destacan por su utilidad en aplicaciones fotocatalíticas de conversión de energía solar. A pesar del enorme interés que existe por este tipo de materiales, aún no se conoce con precisión la propia naturaleza de las excitaciones electrónicas elementales (excitones de Frenkel, Wannier o de transferencia de carga). Una subvención avanzada de la Unión Europea contribuyó a la investigación realizada en el proyecto DYNAMOX (Charge carrier dynamics in metal oxides), creado para desarrollar herramientas experimentales nuevas que nos ofrezcan información hasta ahora inaccesible sobre las dinámicas del portador de carga en óxidos de metales de transición. La investigación, realizada en Lausana, ayudará identificar las transiciones excitónicas con mayor claridad.

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