Pequenos cristais, conhecidos como pontos quânticos, permitiram que uma equipe internacional alcançasse uma eficiência quântica superior a 100% na fotocorrente gerada em um semicondutor híbrido inorgânico-orgânico.
As perovskitas são semicondutores interessantes para aplicações de coleta de luz e já mostraram alguns desempenhos impressionantes em células solares. Mas são necessárias melhorias na eficiência da conversão de fotos para levar essa tecnologia a um mercado mais amplo.

A luz vem em pacotes de energia conhecidos como fótons. Quando um semicondutor absorve um fóton, a energia eletromagnética é transferida para um elétron carregado negativamente e sua contraparte carregada positivamente, conhecida como buraco. Um campo elétrico pode varrer essas partículas em direções opostas, permitindo assim que uma corrente flua. Esta é a operação básica de uma célula solar. Pode parecer simples, mas otimizar a eficiência quântica, ou obter o maior número possível de pares elétron-buraco dos fótons que chegam, tem sido um objetivo de longa data.

Uma causa da ineficiência é que, se o fóton tiver mais energia do que o necessário para criar o par elétron-buraco, o excesso de energia geralmente é perdido na forma de calor. Mas os nanomateriais oferecem uma solução. Pequenas partículas, como nanocristais ou pontos quânticos, podem converter fótons de alta energia em mais de um par elétron-buraco.

Jun Yin e Omar Mohammed da KAUST trabalharam com Yifan Chen e Mingjie Li da Universidade Politécnica de Hong Kong e seus colegas para demonstrar a chamada geração de múltiplos excitons (MEG) em nanocristais de perovskita de haleto de estanho e chumbo. “Demonstramos uma eficiência quântica de fotocorrente superior a 100%, aproveitando o MEG nos dispositivos de nanocristais de perovskita”, diz Yin.

No passado, o MEG foi observado em nanocristais de perovskita com um grande bandgap:ou seja, aqueles semicondutores que só podem absorver fótons de alta energia.

Materiais de banda mais estreita apresentam um desafio maior porque os pares de elétron-buraco excitados relaxam, ou esfriam, rápido demais para serem extraídos em um dispositivo de célula solar funcional. "MEG eficiente em nanocristais de perovskita de banda mais estreita e verificação de seu MEG inerente em dispositivos ópticos práticos não foram relatados", diz Yin.

Chen, Yin e a equipe sintetizaram um material semicondutor composto por minúsculas partículas de perovskita de iodeto de estanho e formamidínio - feitas com pequenas quantidades de estanho - incorporadas em FAPbI sem estanho₃ . A equipe acredita que a introdução do estanho ajuda a retardar o "resfriamento". “Poderemos otimizar ainda mais o nanocristal de perovskita alterando sua composição para obter maior desempenho de MEG e melhorar a conversão de energia de luz”, diz Yin.

A pesquisa foi publicada em Nature Photonics . + Explorar mais

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