Mediante el uso de un nuevo tipo de microscopio ultrarrápido y muestras hechas a medida, los investigadores de la Universidad de Oxford y la Universität Regensburg en Alemania han logrado generar electrones libres y seguir su difusión en escalas de tiempo ultracortas, avanzando así en la tarea de comprender exactamente cómo se lleva a cabo el transporte de los portadores de carga en las células solares de perovskita.
Este avance, publicado en la revista Nature Photonics, resulta especialmente importante en el caso de las células solares de perovskita, ya que no son homogéneas, sino que consisten en muchos granos de solo cientos de nanómetros. Además, estos nanocristales no son idénticos en toda la muestra, por lo que es crucial determinar la ubicación exacta y la estructura cristalina que se está investigando, según señalan los expertos.
Los investigadores han utilizado un microscopio que permite ampliar hasta la nanoescala, obteniendo mediciones de los nanocristales uno a uno. Al mismo tiempo, se puede comprobar mediante métodos ópticos que están situados en un cristal con la estructura atómica correcta. Los expertos hacen vibrar los átomos de los nanocristalitos y, dependiendo de la disposición de los átomos, estas vibraciones crean unas señales distintivas en la luz dispersa, como una huella dactilar, lo que permite determinar con precisión cómo están dispuestos los átomos.
Este nuevo método de medición puede proporcionar información directa sobre la distribución y la eficiencia de las regiones individuales, lo que supone un paso importante hacia la mejora de las células solares de perovskita.
Eficiencia del transporte de carga entre regiones de la célula solar
Una vez que el equipo conoció la forma exacta y la estructura cristalina de los nanocristales, iluminaron la muestra con un pulso de luz corto, que excitó los electrones hasta estados móviles, imitando lo que sucede cuando el sol brilla sobre una célula solar. Luego, los investigadores pudieron medir el movimiento posterior de las cargas con un segundo pulso láser.
Estas cargas se mueven hacia abajo desde el punto de medición de los investigadores, y el segundo pulso láser se refleja más tarde, lo que les permite reconstruir el movimiento exacto de las cargas basándose en este retraso de tiempo de solo unos pocos femtosegundos. Esto permitió observar con exactitud cómo se desplazan los electrones excitados a través del laberinto de diferentes cristalitos. Los investigadores también pudieron investigar el movimiento relevante en la dirección perpendicular a la superficie de la célula solar después de la excitación.
Los resultados mostraron que, aunque el material consta de muchos nanocristales diferentes, el transporte de carga vertical en la escala de longitud nanométrica no se ve afectado por las irregularidades en las formas de los nanocristales. Esta podría ser una posible razón del éxito de las células solares de perovskita. Sin embargo, cuando los investigadores analizaron regiones más grandes, encontraron diferencias en la eficiencia del transporte de carga entre regiones de tamaño micrométrico compuestas por cientos de pequeños nanocristales, siendo algunas regiones más eficientes que otras.