El silicio de tipo p y de tipo n se colocan el uno contra el otro para formar uniones p-n, las unidades estructurales básicas de dispositivos electrónicos tales como células solares, diodos emisores de luz y transistores.
Durante años, los investigadores han intentado conseguir algo similar con los puntos cuánticos, pequeños cristales semiconductores de unos pocos nanómetros de diámetro. Recientemente, un equipo de investigadores israelíes ha anunciado su éxito. El equipo ha dopado puntos cuánticos de arseniuro de indio para crear materiales de tipo n y de tipo p. El avance, publicado en la revista Science, podría permitir el desarrollo de nuevos tipos de células solares de película fina, imprimibles, baratas y eficientes.
Los puntos cuánticos son prometedores como células solares de bajo coste porque se pueden producir utilizando reacciones químicas sencillas y baratas. Los científicos han calculado que éstos podrían utilizarse para producir dispositivos fotovoltaicos de película fina que fueran al menos tan eficientes como las células de silicio convencionales y, posiblemente, más. La posibilidad de una mayor eficiencia se debe a que los nanocristales constituidos por determinados semiconductores pueden emitir más de un electrón por cada fotón absorbido. Además, los ajustes de su tamaño y forma modifican los colores de la luz que absorben. "Podemos ajustar la absorción de los nanocristales para que coincida con la del espectro solar", afirma Uri Banin, profesor de química de la Universidad Hebrea de Jerusalén quien dirigió el nuevo trabajo.
A pesar de estas ventajas, nadie ha logrado crear células solares eficientes a base de puntos cuánticos. Para ello, se necesitan nanocristales de tipo n y de tipo p, señala Eran Rabani, profesor de química de la Universidad de Tel Aviv que participó en el nuevo estudio. En las células solares, los electrones y los huecos que se crean cuando los fotones son absorbidos tienen que estar separados de manera que los electrones pueden salir del semiconductor hacia el circuito eléctrico exte o. Inevitablemente, algunos electrones y huecos se combinan, pero esta combinación ocurre mucho más rápido en los puntos cuánticos que en los cristales de silicio de gran tamaño. El dopaje de nanocristales semiconductores proporcionaría una forma para la creación de uniones p-n que separaría los electrones y los huecos de manera eficiente, afirma Rabani.
Normalmente, el silicio es dopado con átomos de fósforo o de boro, pero estos materiales no funcionan con los puntos cuánticos, porque los puntos son demasiado pequeños. Un nanocristal de 4 nanómetros de ancho contiene cerca de 1.000 átomos. La adición de unos pocos átomos dopantes puede dar lugar a su expulsión de los nanocristales.
Algunos esfuerzos de dopaje de puntos cuánticos han tenido éxito. Unos investigadores, por ejemplo, consiguieron doparlos con iones magnéticos de manganeso, pero esta técnica no provoca un exceso de electrones o de huecos. Otros han sido capaces de producir nanocristales de tipo n sin dopar mediante la inyección de electrones. Aún otros han sido capaces de dopar películas finas de nanocristales.
El equipo israelí, en cambio, ha sido capaz de dopar nanopartículas independientes. "Éste es un avance importante", afirma Y. Charles Cao, profesor de química de la Universidad de Florida en Gainesville. "La gran ventaja en este caso es que [disponemos] de las unidades estructurales para el ensamblado de dispositivos de nanocristales desde la base." Otra ventaja, añade Cao, es que el método utilizado para producir los puntos es fácil y barato y puede ser ampliado para fabricar este tipo de dispositivos en grandes cantidades.
Banin y sus colaboradores comienzan con una solución de compuestos de plata o de cobre y poco a poco la añaden a una solución de nanocristales de arseniuro de indio. Esto permite obtener puntos de tipo p dopados de plata o puntos de tipo n dopados de cobre. Dado que los puntos cuánticos son producidos en solución, éstos podrían ser depositados sobre láminas de plástico flexible mediante impresoras o procesos de rollo a rollo.