Las células solares que usan mezclas de moléculas orgánicas para absorber la luz solar y convertirla en electricidad, que se puede aplicar a superficies curvas como la carrocería de un automóvil, podrían estar un paso más cerca gracias a un descubrimiento que desafía el pensamiento convencional sobre una de las claves componentes de estos dispositivos.
Una célula solar orgánica básica consiste en una película delgada de semiconductores orgánicos intercalados entre dos electrodos que extraen cargas generadas en la capa de semiconductores orgánicos al circuito externo. Se ha supuesto durante mucho tiempo que el 100 % de la superficie de cada electrodo debe ser eléctricamente conductor para maximizar la eficiencia de la extracción de carga.
Los científicos de la Universidad de Warwick han descubierto que los electrodos en las células solares orgánicas en realidad solo necesitan ~ 1 % de su área de superficie para ser eléctricamente conductores para ser completamente efectivos, lo que abre la puerta al uso de una gama de materiales compuestos en la interfaz entre electrodos y capas de semiconductores orgánicos de recolección de luz para mejorar el rendimiento del dispositivo y reducir los costos. El descubrimiento, publicado hoy (11 de septiembre), se informa en Advanced Functional Materials.
El líder académico, el Dr. Ross Hatton, del Departamento de Química de la Universidad, dijo: “Se asume ampliamente que si desea optimizar el rendimiento de las células solares orgánicas, debe maximizar el área de la interfaz entre los electrodos y los semiconductores orgánicos. Preguntamos si eso era realmente cierto”.
Los investigadores desarrollaron un electrodo modelo del que podían cambiar sistemáticamente el área de superficie, y descubrieron que cuando tanto como el 99 % de su superficie estaba eléctricamente aislante, el electrodo aún funciona tan bien como si el 100 % de la superficie estuviera conduciendo, siempre que la conducción Las regiones no están demasiado separadas.
Las células solares orgánicas de alto rendimiento tienen capas transparentes adicionales en las interfaces entre los electrodos y la capa de semiconductores orgánicos de captación de luz que son esenciales para optimizar la distribución de la luz en el dispositivo y mejorar su estabilidad, pero también deben ser capaces de conducir cargas a los electrodos. Esta es una tarea difícil y no muchos materiales cumplen con todos estos requisitos.
La Dra. Dinesha Dabera, investigadora post-doctoral en este proyecto financiado por Leverhulme Trust, explica: “Este nuevo hallazgo significa que los compuestos de aisladores y nanopartículas conductoras como nanotubos de carbono, fragmentos de grafeno o nanopartículas de metal, podrían tener un gran potencial para este propósito, ofreciendo un rendimiento mejorado del dispositivo o un menor costo.
“Las células solares orgánicas están muy cerca de ser comercializadas, pero aún no están allí, por lo que cualquier cosa que le permita reducir aún más los costos y al mismo tiempo mejorar el rendimiento ayudará a permitir eso”.
El Dr. Hatton, quien fue entrevistado por Serena Bashal de la UK Climate Climate Coalition en el British Science Festival esta semana, explica: “Lo que hemos hecho es demostrar una regla de diseño para este tipo de célula solar, que abre muchas más posibilidades para la elección de materiales en el dispositivo y, por lo tanto, podría ayudar a permitir su realización comercial”.
Las células solares orgánicas son potencialmente muy respetuosas con el medio ambiente, ya que no contienen elementos tóxicos y pueden procesarse a baja temperatura mediante deposición de rollo a rollo, por lo que pueden tener una huella de carbono extremadamente baja y un tiempo de recuperación de energía corto.
El Dr. Hatton explica: “Existe una creciente necesidad de células solares que puedan ser compatibles con sustratos flexibles que sean livianos y sintonizables por color. Las células solares de silicio convencionales son fantásticas para la generación de electricidad a gran escala en granjas solares y en los techos de los edificios, pero no se ajustan adecuadamente a las necesidades de los vehículos eléctricos y para la integración en ventanas de edificios, que ya no son aplicaciones de nicho. Las células solares orgánicas pueden sentarse en superficies curvas y son muy livianas y de bajo perfil.
“Este descubrimiento puede ayudar a que estos nuevos tipos de células solares flexibles se conviertan en una realidad comercial antes porque les dará a los diseñadores de esta clase de células solares más opciones en los materiales que pueden usar”.
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