Un equipo de investigación liderado por el profesor Wang Mingtai, del Instituto de Ciencias Físicas de Hefei de la Academia China de Ciencias, ha desarrollado un método de crecimiento de arrays de nanorods de dióxido de titanio (TiO2) ajustado con precisión. Esta técnica permite controlar el espaciado entre los nanorods sin alterar el tamaño individual de cada uno, y se ha demostrado su aplicación en celdas solares de alto rendimiento.
Los hallazgos, publicados en la revista Small Methods, ofrecen una nueva herramienta para la creación de nanostructuras en el ámbito de la energía limpia y la optoelectrónica. Los nanorods de TiO2 de un solo cristal son especialmente eficaces en la captura de luz y en la conducción de carga, lo que los convierte en candidatos ideales para celdas solares, fotocatalizadores y sensores. Sin embargo, los métodos de fabricación tradicionales suelen vincular la densidad, el diámetro y la longitud de los nanorods; si se ajusta un parámetro, los demás tienden a cambiar, lo que puede afectar la eficiencia del dispositivo.
Innovación en la fabricación de nanorods
En este estudio, el equipo demostró que al extender cuidadosamente la etapa de hidrólisis de una película precursora, se forman «cadenas de gel» más largas que se ensamblan en nanopartículas de anatasa más pequeñas. Cuando se somete la película de anatasa a un tratamiento hidrotérmico, esas nanopartículas se convierten in situ en partículas de rutilo, que sirven de semillas para el crecimiento de los nanorods. Esta etapa de hidrólisis proporciona una forma efectiva de controlar la densidad de los nanorods sin alterar sus dimensiones.
Usando esta estrategia, lograron producir películas de TiO2-NA con diámetro y altura de nanorods constantes, aunque el número de nanorods por área variara. Al incorporarlas en celdas solares de CuInS2 procesadas a baja temperatura, estas películas alcanzaron eficiencias de conversión de potencia superiores al 10%, llegando a un pico del 10.44%.
Para explicar la relevancia del espaciado entre los nanorods, el equipo introdujo un modelo de Volumen-Superficie-Densidad, que aclara cómo la densidad de los nanorods influye en la captura de luz, la separación de carga y la recolección de portadores. Este estudio supera las limitaciones de los métodos tradicionales para regular las nanostructuras, estableciendo un sistema completo que vincula la regulación de procesos macro, la evolución de microestructuras y la optimización del rendimiento del dispositivo.
Más información:
Wenbo Cao et al, Unveiling Growth and Photovoltaic Principles in Density‐Controllable TiO2 Nanorod Arrays for Efficient Solar Cells, Small Methods (2025). DOI: 10.1002/smtd.202500264
Proporcionado por
Academia China de Ciencias
