Un grupo de investigadores de la Universidad de Osaka (Japón) ha medido las propiedades fotovoltaicas de los dispositivos de sulfuro de antimonio y descubrieron un voltaje que depende de la longitud de onda de la luz incidente, lo que puede ayudar a desarrollar nuevos dispositivos de detección de luz y de imágenes, utilizados en los sistemas de seguridad. Esta nueva característica, denominada efecto fotovoltaico dependiente de la longitud de onda (WDPE, por sus siglas en inglés), es capaz de cambiar el color de la luz incidente visible a ultravioleta, provocando un cambio reversible en el voltaje de salida, mientras se deja sin cambios la corriente generada.
Los dispositivos fotovoltaicos (PV), como las células solares y los fotodiodos, que convierten la energía de la luz en energía electrónica, son importantes como fuentes de energía renovable o como sensores de luz/imagen. El progreso reciente en los dispositivos fotovoltaicos de película delgada ha atraído mucha atención debido a su proceso de bajo costo, flexibilidad y peso ligero.
Aunque hasta ahora se han informado de varios dispositivos fotovoltaicos, no se han observado previamente respuestas reversibles y rápidas dependientes de la longitud de onda. Para distinguir entre colores de irradiación usando un solo fotodiodo, se debe usar un filtro de cristal líquido que pueda cambiar electrónicamente el rango de color de absorción. Sin embargo, estos filtros son voluminosos; ser capaz de realizar la detección de color sin requerir dichos filtros sería útil para minimizar el tamaño de los dispositivos fotovoltaicos.
Nuevos dispositivos fotovoltaicos de sulfioduro de antimonio
Tras este hallazgo, los investigadores de la Universidad de Osaka han construido nuevos dispositivos fotovoltaicos hechos de sulfioduro de antimonio. El voltaje generado podría cambiarse cambiando el color de la luz, en el que el ultravioleta redujera el voltaje de salida. Es decir, se podría obtener un cambio reversible en las curvas de corriente versus voltaje simplemente iluminando el dispositivo con diferentes colores de luz.
Para comprender mejor el mecanismo detrás de este efecto, los científicos realizaron un fotovoltaje transitorio (TPV) y una extracción de carga fotoinducida mediante el aumento lineal del voltaje (foto-CELIV). Estos experimentos ayudaron a aclarar el cambio dramático y reversible en la vida útil del portador de carga inducido por la radiación ultravioleta.
El equipo concluyó que el WDPE fue causado por estados de ‘trampa’ metaestables en la interfaz de heterounión, generados por cargas de alta energía. Estas trampas de energía interfacial redujeron significativamente el voltaje de salida y, como resultado, la luz de ciertas energías podría distinguirse en función del voltaje. Este cambio podría verse potenciado por la presencia del vapor de un disolvente polar.
El fenómeno recién descubierto puede aplicarse a la detección de luz utilizada en todo, desde sistemas de seguridad hasta automóviles, pasando por teléfonos móviles. También puede ser parte de aplicaciones de imágenes en actividades médicas y científicas, como satélites espaciales y microfotografía. Además, también es potencialmente deseable como fuente de energía renovable, debido a su baja toxicidad y bajo costo de producción.