Técnica mexicana para obtener materiales fotovoltaicos es reconocida a nivel internacional
Sergio Jiménez Sandoval, investigador de Cinvestav Querétaro
Una tecnología desarrollada en Cinvestav Querétaro que optimiza materiales empleados en celdas solares fue reconocida como uno de los artículos con mayor repercusión en 2025 dentro de la publicación científica Journal of Materials Chemistry C, editada por la Royal Society of Chemistry, del Reino Unido.
Se trata del artículo Adjacent compensated codoping (alloying) of semiconductor films and its application in CdTe and CdS (DOI: 10.1039/d5tc00471c), que describe cómo al incorporar dos tipos de impurezas (elementos) a materiales semiconductores, es posible mejorar el rendimiento de la corriente fotogenerada.
La técnica desarrollada por Sergio J. Jiménez Sandoval, investigador del Cinvestav Querétaro, es llamada codopaje compensado adyacente, la cual consiste en agregar dos elementos (como dopantes o impurezas) a materiales semiconductores, en lugar de emplear solo un tipo, como tradicionalmente se hace, con el objetivo de modificar las propiedades eléctricas u ópticas de materiales semiconductores.
A través de esta técnica se observa un incremento significativo en la fotoconductividad de los materiales empleados, como fue el caso de los semiconductores telururo y sulfuro de cadmio.
Por lo general, la técnica de dopaje en un material semiconductor (silicio, germanio o telururo de cadmio) se emplea para aportar electrones libres (dopaje tipo n) o generar vacantes de electrones (dopaje tipo p) a través de la incorporación de átomos de otro elemento (como fósforo, bromo o galio).
Sin embargo, el grupo de investigación encabezado por Jiménez Sandoval ha trabajado en una técnica para dopar estos materiales mediante la incorporación simultánea de dos tipos de impurezas, seleccionándolas de una manera especial: una tipo n y otra tipo p, tomadas de entre los elementos químicos adyacentes en la tabla periódica a los elementos que conforman el semiconductor huésped, obteniendo así resultados relevantes en el desempeño de los materiales intervenidos.
En particular, emplearon telururo de cadmio y sulfuro de cadmio, materiales usados en la fabricación de celdas solares, para realizar al primero codopaje con yodo y plata, y al segundo con cloro y plata, por ser los elementos de la tabla periódica adyacentes a los elementos químicos que los forman y ofrecen propiedades de impureza tipo n y tipo p en cada caso.
Otra ventaja importante de la técnica de codopaje compensado adyacente es que aumenta el límite de solubilidad de los elementos incorporados en los semiconductores. “Cuando se agrega un solo tipo dopante a un semiconductor y se rebasa 3 o 4 por ciento atómico, es común que el material huésped forme compuestos secundarios o se observen cúmulos del mismo impurificante, lo que indica que se rebasó el límite de solubilidad de la impureza en el semiconductor.
En cambio, la técnica de codopaje compensado adyacente con plata y yodo en el telururo de cadmio, por ejemplo, evita eficientemente este problema, de tal manera que ha sido posible incorporar hasta 25 por ciento atómico de los codopantes sin observar formación de otros compuestos secundarios no deseados”, refirió Jiménez Sandoval.
De acuerdo con el investigador de Cinvestav Querétaro, si bien la investigación se ha desarrollado principalmente con telururo de cadmio y sulfuro de cadmio, el codopaje compensado adyacente ha sido probado por su grupo de manera exitosa en otros materiales, entre los que figuran dicalcogenuros de metales de transición, también conocidos materiales cuasi bidimensionales, y en semiconductores binarios como el seleniuro de cadmio, telururo de zinc, antimoniuro de galio y el óxido de zinc.
“Esta técnica también podría emplearse en materiales que actualmente se están estudiando intensivamente en el campo de celdas solares, como son las perovskitas, y posiblemente en otro tipo de materiales donde los efectos cuánticos son importantes, como es el caso de los superconductores”, señaló Jiménez Sandoval.
Al tener resultados relevantes en un sector tan importante como lo es el de la energía renovable, la técnica de codopaje compensado adyacente desarrollado en Cinvestav cuenta con una solicitud de patente en México y en Estados Unidos, ya que se espera pueda ser aplicado por diferentes grupos de investigación alrededor del mundo.