Un equipo de investigación de la Universidad de Wisconsin-Milwaukee (UWM) ha descubierto que las películas de fosfato de zinc hidratado (ZPH) recubiertas sobre metales crean un efecto fotovoltaico.
Su trabajo se presenta en el artículo de investigación «Fabrication and study of H2O-incorporated zinc-phosphate films interfaced with organic dye and their photo-detection characteristics» (Fabricación y estudio de películas de fosfato de zinc con H2O incorporado interconectadas con colorante orgánico y sus características de fotodetección), disponible en la revista Applied Physics Letters.
Los investigadores se propusieron probar la hopeita, un mineral a base de zinc utilizado para la protección contra la corrosión, cuando observaron que las capas de hopeita pueden reaccionar rápidamente a los cambios en las condiciones de luz, lo que permite la producción de electricidad a partir de la luz.
El artículo de investigación explica que las películas de ZPH cultivadas sobre un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO) eléctricamente conductor mostraban una morfología en capas con distancias entre capas de 20 nm a 30 nm. Los investigadores explican que el espectro de emisión de luz está dominado por una banda estrecha de UV a 378 nm, con un ancho total a la mitad del máximo de 16 nm.
El equipo fabricó y probó alrededor de 20 dispositivos y descubrió que las variaciones en el espesor de la película eran el principal obstáculo para la reproducibilidad, ya que el aumento del espesor y la falta de uniformidad provocaban una reducción de la fotocorriente. Sus datos de excitación de fotoluminiscencia revelaron un borde de corte pronunciado en torno a los 447 nm, lo que corresponde a una banda prohibida de 2,77 eV.
Investigaciones posteriores revelaron que el efecto fotovoltaico de las películas de ZPH se amplificaba cuando se combinaban con antocianina, un colorante natural presente en las moras, ya que el pigmento altera la forma en que el mineral interactúa con la luz, lo que ayuda a aumentar la salida de voltaje.
El artículo de investigación detalla que las películas de ZPH generaron un voltaje fotovoltaico de hasta 281 mV bajo luz blanca cuando se combinaron con el colorante antocianina, lo que demuestra cómo el electrolito mejora la velocidad de transferencia de carga fotogenerada.
El dispositivo se probó bajo iluminaciones repetidas de encendido/apagado y en estado estable, añade el artículo de investigación, y alcanzó una relación de corriente foto-oscura de polarización cero cercana a 97,5, junto con constantes de aumento y decaimiento de la fotocorriente de 0,4 s y 10,8 s.
Los investigadores señalaron que sus películas fabricadas difieren de las células solares tradicionales, ya que no requieren semiconductores ni una fuente de energía externa para convertir la luz en corriente eléctrica. Esto llevó al equipo a concluir que los resultados podrían abrir las puertas a células solares más asequibles.
«Estos hallazgos confirman que las interfaces inorgánicas-orgánicas basadas en ZPH, similares a las uniones semiconductoras convencionales, tienen un gran potencial para la energía fotovoltaica de bajo costo y los fotodetectores UV-visibles autoalimentados que operan en el rango de frecuencia sub-kHz», concluye el artículo de investigación.
Los investigadores han solicitado una patente a través de la Fundación de Investigación de la UWM.
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