Proceso mecánico cuántico podría duplicar la eficiencia de los fotodetectores

Por Amelia OS

(Última Actualización: marzo 10, 2018)

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Publicado a las 09:38 PM CST en Oct 12,2017 | Actualizado a las 09:38 PM CST en Oct 12,2017


Investigadores de la Universidad de California (UC) Riverside han descubierto una combinación de dos materiales inorgánicos bidimensionales (2D) produce un proceso cuántico mecánico que podría aumentar significativamente la eficiencia de los fotodetectores, llevando a nuevas y revolucionarias formas de recoger la energía solar.

En la investigación descrita en la revista Nature Nanotechnology, los investigadores de UC Riverside han utilizado la transición metal dicalcogenuros dicalcogenuros de tungsteno diselenida y molibdeno diselenida para lograr el efecto conocido como la multiplicación de electrón-agujero. La multiplicación de electrones implica hacer múltiples pares de agujeros para cada fotón entrante. Esto puede aumentar drásticamente la eficiencia de una célula fotovoltaica en la conversión de luz en electricidad.

Los materiales 2D diselenida de tungsteno y diseleniuro de molibdeno pueden ayudar a lograr este efecto porque ambos tienen niveles de energía que determinan cómo se comportan los electrones. En general, un electrón (o cualquier objeto) con alta energía potencial se moverá a un lugar de menor energía, y ganará energía cinética en el proceso. Como una bola rodando desde el borde de una mesa o por una escalera, los electrones ganarán energía cinética cuando se produce una reducción repentina de la energía potencial.

Este electrón altamente energético cae entonces a los niveles de energía más bajos del segundo material, liberando su exceso de energía. Al igual que una bola rodando fuera de la mesa, cuando llega al suelo, desprende parte de su energía como sonido. En este caso, en nuestro sistema, este exceso de energía puede generar otro electrón, y ahora hay dos (o más) electrones que son libres de conducir «, agrega Gabor.

Los dispositivos reales que los investigadores de la UC Riverside están fabricando con esta combinación de materiales son fotocélulas que son los píxeles individuales de una matriz de fotodetectores más grande, como un arreglo de píxeles típico en una cámara SLR a escala de megapíxeles.

Mientras que los investigadores han fabricado dispositivos, su trabajo hasta ahora ha estado dirigido a demostrar un nuevo proceso. Como resultado, el equipo todavía no ha integrado estos dispositivos en un conjunto fotovoltaico.

No obstante, Gabor y sus colegas creen que el mecanismo subyacente es bastante emocionante, ya que surgió de la combinación de dos materiales separados. En el futuro, los ingenieros probablemente desarrollarán células fotovoltaicas que combinen estos materiales, cada uno de los cuales puede ser elegido específicamente para hacer más eficiente el conjunto fotovoltaico «, añade.

Para que esta tecnología pueda pasar a las aplicaciones del mundo real, Gabor dice que necesitarán desarrollar una mejor comprensión de cómo sintetizar las capas individuales de estos dispositivos a gran escala usando métodos de deposición de vapor químico. También requerirá un método optimizado para transferir una capa a la otra, y eventualmente cubrirlas con un material transparente, conductor y flexible como el grafeno

Para Gabor y su equipo, esta investigación inicial plantea la cuestión de si las tecnologías de generación de energía pueden ser más eficientes utilizando dispositivos que se comportan mecánicamente de forma cuántica.


Referencias & Fuentes

spectrum.ieee.orgQuantum Mechanical Process Could Double Efficiency of Photodetectors

nature.comHot carrier-enhanced interlayer electron–hole pair multiplication in 2D semiconductor heterostructure photocells

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