APROVECHAMIENTO DE LA LUZ SOLAR CON PROCESOS DE DOS FOTONES-TF

2016

AGENCIA ESTATAL DE INVESTIGACION

INV. COMPETITIVA PROYECTOS

Marí Soucase Bernabé

Este proyecto, que aúna el trabajo de cuatro grupos, aplica a sistemas fotovoltaicos, fotoelectroquímicos, fotocatalíticos y fotoluminiscentes un nuevo esquema de uso de energía solar que utiliza un intervalo del espectro solar más amplio que los sistemas usuales combinando dos excitaciones electrónicas producidas por fotones de energía relativamente baja para conseguir excitar un electrón a una energía mayor que la de cada uno de los dos fotones absorbidos. Este proceso de dos fotones (TPP) es similar al que hay tras la fotosíntesis natural (el esquema Z), pero añade la posibilidad de obtener la excitación total con sólo un fotón de energía adecuada. Se tiene así un potencial eléctrico o químico importante, con un número de electrones excitados mayor que el que se obtendría con un semiconductor tradicional. Con este fin el proyecto usará diferentes materiales, centrándose en perovskitas y sistemas compuestos óxido/sulfuro con sustitución parcial de sus cationes por elementos de transición que, según cálculos cuánticos, pueden generar dentro del gap una banda que permite el TPP. Estos sistemas se probarán como celdas fotovoltaicas o fotoelectroquímicas de capa fina, en forma de polvo para generación fotocatalítica de hidrógeno o como convertidores luminiscentes de fotones; su eficiencia se medirá con métodos rigurosos y se interpretará con una aproximación teórico-experimental. El proyecto se propone trasladar sus resultados no sólo a producción científica sino también a soluciones de orientación tecnológica ventajosas para la sociedad usando contactos ya realizados con varias compañías interesadas en esta aproximación. En ese proyecto conjunto, este subproyecto abordará a síntesis de dos tipos diferentes de materiales semiconductores que permitan la promoción de electrones desde la banda de valencia a la banda de conducción utilizando los procesos de dos fotones. Los materiales elegidos son, respectivamente, perovskitas híbridas y sulfuros en película delgada con la banda prohibida adecuada para acoger una IGB. En el subproyecto se sintetizaran materiales tipo perovskitas con diferentes cationes orgánicos y aniones haluros que cumplan con los requisitos óptimos de banda prohibida para alojar la IGB y además serán completamente caracterizados. La IGB esperada se obtendrá mediante un proceso de dopado con los metales de transición adecuados de acuerdo con los resultados de los cálculos cuánticos que se realizarán en este proyecto. También se sintetizaran otros sulfuros de película delgada previamente propuestos como materiales capaces de albergar un IGB. En el caso de los sulfuros se estudiará el dopado con diversos metales de transición susceptibles de crear la deseada IGB. Basándose en los materiales mencionados se fabricaran dispositivos fotovoltaicos que se ensamblaran usando los materiales de contacto con las propiedades óptimas identificadas en este proyecto para producir un efecto fotovoltaico eficiente. Además se realizaran simulaciones numéricas de los dispositivos para evaluar el comportamiento esperado. Los dispositivos fotovoltaicos serán completamente caracterizados en colaboración con otros socios de este proyecto, primero con los materiales sin IGB y posteriormente con materiales que contengan una IGB. Se espera que la eficiencia de fotoconversión de dispositivos fotovoltaicos basados en materiales con IGB será mayor que en dispositivos construidos con el material equivalente sin IGB.