Cristales bidimensionales de fósforo negro para aplicaciones en fotovoltaica

Para aprovechar la energía del sol, los paneles solares emplean dispositivos electrónicos llamados uniones PN hechos de un material semiconductor, típicamente silicio. Aunque es una tecnología industrialmente muy madura, el silicio tiene un gran inconveniente: absorbe sólo una pequeña fracción del espectro solar. En un trabajo reciente, publicado en la revista Nature Communications, se ha explorado un nuevo tipo de unión PN basada en cristales bidimensionales de fósforo negro (un prometedor material semiconductor).

Lo que hace especial a los cristales bidimensionales de fósforo negro es que este material posee un bandgap directo de sólo 0.3 eV. Esta característica única permite a los dispositivos basados en fósforo negro absorber gran parte de la luz incidente, incluso partes del espectro solar que el silicio y otros cristales bidimensionales no pueden absorber. Esto permite convertir más parte del espectro solar en energía eléctrica y tiene gran interés en aplicaciones como sistemas de visión nocturna.

Aunque la eficiencia de los dispositivos actuales necesita mejorarse drásticamente antes de llegar a ser competitivos con las tecnologías existentes, este trabajo demuestra el potencial de los cristales semiconductores bidimensionales para capturar gran parte de la energía del espectro solar.

Photovoltaic effect in few-layer black ​phosphorusPN junctions defined by local electrostatic gating. Michele BuscemaDirk J. GroenendijkGary A. SteeleHerre S.J. van der Zant and Andres Castellanos-Gomez. Nature Communications 5, 4651 (2014).

La región oscura debajo de las etiquetas “P” y “N” es un cristal de fósforo negro. Electrodos de puerta locales (las bandas anchas color dorado oscuro) se emplean para hacer que parte del cristal tenga un dopado tipo P y otra parte tipo N, formando una unión PN capaz de capturar energía solar. Andrés Castellanos. IMDEA Nanociencia.

La región oscura debajo de las etiquetas “P” y “N” es un cristal de fósforo negro. Electrodos de puerta locales (las bandas anchas color dorado oscuro) se emplean para hacer que parte del cristal tenga un dopado tipo P y otra parte tipo N, formando una unión PN capaz de capturar energía solar. Andrés Castellanos. IMDEA Nanociencia.

Andrés Castellanos, 2D materials and devices group (IMDEA-Nanociencia)