Los Quantum Dots la clave para una mayor eficiencia

Los puntos cuánticos son nanopartículas semiconductoras que se pueden hacer crecer entre 2 y 10 nanómetros, la energía de los electrones que pueden existir dentro de los puntos cuánticos se vuelve finitas lo que les permite expresar una variedad de bandas prohibidas sin cambiar el material o las técnicas de construcción.

La banda prohibida es la energía que necesita un electrón para pasar de la banda de valencia a la banda de conducción
Una banda prohibida pequeña permite que los electrones se exciten con poca energía y aumenta la conducción intrínseca del material, mientras que una banda prohibida grande requiere fotones con mayor energía para poder excitar los electrones.

El fenómeno físico que explica el comportamiento de los puntos cuánticos es el confinamiento cuántico. La relación que De Broglie propone es; cuanto más rápido se mueve una partícula, menor será su longitud de onda asociada y viceversa.

El confinamiento cuántico es el fenómeno en el cual las propiedades electrónicas de un sistema se modifican sustancialmente debido a la restricción espacial de las partículas. Cuando las partículas, como los electrones, están "atrapadas" o "confinadas" en dimensiones muy pequeñas, su comportamiento y sus propiedades cambian. El confinamiento radica en las dimensiones del punto cuántico, que puede ser unidimensional, bidimensional o tridimensional, dependiendo de cuántas dimensiones del sistema estén restringidas a la escala nanométrica. En cristales más grandes, los electrones pueden tener prácticamente cualquier energía dentro de un rango determinado. Sin embargo, en estructuras muy pequeñas, como nanopartículas o puntos cuánticos, los electrones solo pueden ocupar ciertos niveles de energía discretos. Esto significa que los electrones en sistemas confinados solo pueden ocupar niveles de energía específicos, lo que da lugar a espectros de absorción y emisión discretos. 

En un nuevo estudio los investigadores de la EPFL y el Instituto Coreano de Investigación Energética probaron los Quantum Dots. El quipo usó Quantum Dots hechos de un tipo de óxido de estaño para servir como capa de transporte de electrones del dispositivo. Esta capa transporta electrones producidos por la perovskita hacia el electrodo Tras el estudio, el equipo descubrió que las células solares de perovskita con una capa de Quantum Dots lograron eficiencias de hasta el 25,7%, sólo un 0,1 del récord actual establecido para una célula de 0,08 cm. La eficiencia lograda para células solares de mayor tamaño también fue buena, logrando una eficiencia del 23,3% para una celda de 1 cm o de un 20,6% para una de 64 cm.

 

Referencias

Requena Rodríguez, A. (2023, octubre 19). Confinamiento cuántico. Academia de Ciencias de la Región de Murcia. Universidad de Murcia. https://portales.um.es/web/acc/-/confinamiento-cu%C3%81ntico/1.1

Nave, R. (s.f.). Semiconductor band gaps. HyperPhysics, Georgia State University.
http://www.hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Solids/bandgap.html

Pérez Martínez, A. N. (2021). Puntos cuánticos de óxido de grafeno para aplicación en la conservación de energía de un sistema fotovoltaico (Tesis doctoral). Universidad de Guadalajara.
http://www.docfm.cuvalles.udg.mx/sites/default/files/tesis_arturo_nascir_perez_martinez.pdf

Baskaran, S. (2025). Quantum dots solar cells: Materials innovation, device architectures and future prospects. Progress in Materials Science.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1369800125004135

Rex, H. (2011). NREL certifica la primera célula fotovoltaica totalmente cuántica; Demuestra estabilidad y rendimiento (hoja informativa). https://www.nrel.gov/docs/fy11osti/50855.pdf

Kim, M., et al. (2022). Conformal quantum dot–SnO₂ layers as electron transporters for efficient perovskite solar cells. Science, 375(6578), 302–306. https://doi.org/10.1126/science.abh1885