Investigadores de la Universidad Shinshu de Matsumoto (Japón) han demostrado el efecto fotovoltaico en masa (BPV) en seleniuro de indio en fase alfa (α-In 2 Se 3) por primera vez. La eficiencia de conversión registrada supone un avance prometedor para futuras tecnologías de células solares.
El diseño y desarrollo de células solares se basa en una comprensión sólida del efecto fotovoltaico, mediante el cual la luz puede convertirse en energía eléctrica. La mayoría de las células solares emplean uniones p-n, aprovechando el efecto fotovoltaico que se produce en la interfaz de diferentes materiales. Sin embargo, estos diseños están limitados por el límite de Shockley-Queisser, que impone un límite a su máxima eficiencia teórica de conversión solar e impone un equilibrio entre el voltaje y la corriente que se pueden producir mediante el efecto fotovoltaico.
Sin embargo, ciertos materiales cristalinos presentan un fenómeno conocido como efecto fotovoltaico en masa (BPV), un fenómeno poco común que puede permitir que ciertos materiales superen las uniones p-n convencionales utilizadas en células solares. En materiales que carecen de simetría interna, los electrones excitados por la luz pueden moverse en una dirección específica en lugar de regresar a sus posiciones originales, generando así ‘corrientes de desplazamiento’ que conducen al efecto BPV.
Aunque las previsiones de los expertos indicaban que el seleniuro de indio en fase alfa (α-In 2 Se 3) era un posible candidato para demostrar este fenómeno, hasta el momento no se había investigado experimentalmente. En este contexto, un equipo de investigación de la Universidad Shinshu se propuso explorar el efecto BPV en α-In 2 Se 3. El estudio se ha publicado en la revista científica Applied Physics Letters.
Efecto BVP para mejorar el rendimiento de las células solares
En primer lugar, los investigadores produjeron un dispositivo en capas compuesto por una fina capa de este material intercalada entre dos capas de grafito transparente que sirvieron como electrodos, y se conectaron a una fuente de voltaje y un amperímetro para medir las corrientes generadas por la irradiación de luz. El equipo empleó esta disposición específica porque se centraron en las corrientes de desplazamiento que se producen en la capa de α-In 2 Se 3.
Tras realizar pruebas con diferentes voltajes externos y luz incidente de varias frecuencias, los investigadores verificaron la existencia de corrientes de desplazamiento, lo que confirmó sus predicciones. Así, el efecto BPV se produjo en un amplio rango de frecuencias de luz.
Los investigadores han medido el potencial del efecto BPV en α-In 2 Se 3 y lo han comparado con el de otros materiales. De esta manera, han demostrado una eficiencia superior a la de otros materiales ferroeléctricos, y comparable a la de los materiales de baja dimensión con polarización eléctrica mejorada. Este descubrimiento orientará la selección de materiales para el desarrollo de dispositivos fotovoltaicos funcionales en un futuro próximo. Los investigadores esperan que este estudio abra el camino para futuros estudios que permitan aprovechar el efecto BVP y mejorar el rendimiento de las células solares.