Cómo construir las células solares orgánicas eficientes

Las células solares orgánicas, hechas de los materiales carbono-basados, presentan las ventajas únicas comparadas con otras tecnologías de la célula solar. Por ejemplo, pueden ser manufacturadas con las tecnologías baratas de la impresión, y pueden ser hechas semitransparentes con los colores a elección, que se pueden utilizar arquitectónico en la integración del edificio. Su flexibilidad y peso bajo las hacen perfectas para accionar los sensores para Internet de los usos de las cosas.

Un desafío dominante que hace frente al desarrollo de células solares orgánicas es que tienen generalmente pérdidas de energía grandes.

“Hemos formulado algunas reglas racionales del diseño para minimizar pérdidas de energía en células solares orgánicas. Después de estas reglas, presentamos una gama de ejemplos con pérdidas de energía baja y los efficencies de la conversión de poder más elevado,” dice Feng Gao, profesor adjunto en la división de electrónica biomolecular y orgánica en la universidad de Linkoping.

Las reglas del diseño, que desafían algunas ideas previamente llevadas a cabo, se han publicado en un artículo en el diario Nature Materials.

Usando estas reglas del diseño, las células solares orgánicas prometen alcanzar sus competidores en cuanto a la eficacia de conversión de poder, que mide la fracción de la energía en la radiación del sol que se convierte a la electricidad. El límite teórico para la fracción de la energía del sol que se puede obtener en células solares es el alrededor 33%. Los experimentos del laboratorio con las células solares silicio-basadas han alcanzado el 25% en el mejor de los casos. Los investigadores hasta ahora han creído que el límite para las células solares orgánicas es más bajo.

“Solamente ahora sabemos que no hay diferencia -- el límite teórico es lo mismo para las células solares manufacturadas del silicio, las perovskitas o los polímeros,” dice Olle Inganas, profesor de la electrónica biomolecular y orgánica, universidad de Linkoping.

Cuando los fotones del sol son absorbidos por el polímero semiconductor en una célula solar, los electrones en el material dispensador de aceite se aumentan a un estado emocionado, y los agujeros se forman en el estado de tierra al cual los electrones siguen atraídos. Para separar estos electrones encuadernados y agujeros, un material del aceptador se añade. Sin embargo, este material del aceptador da lugar generalmente a las pérdidas de energía adicionales, un problema que ha molestado a la comunidad orgánica de la célula solar por más de dos décadas.

El artículo en Nature Materials presenta dos reglas fundamentales para minimizar las pérdidas de energía para las células solares orgánicas muy eficientes: -- Minimice la energía compensada entre el donante y los componentes del aceptador. -- Asegúrese de que el componente de bajo-Gap en la mezcla tenga un alto photoluminescence.

Los investigadores en los siete institutos de investigación en los E.E.U.U., la China y la Europa juntos han producido alrededor de docena diversos materiales, han divulgado algunos de los cuales previamente y otros son totalmente nuevos. Han utilizado éstos para demostrar que la nueva teoría está de acuerdo con resultados experimentales, aunque es algo incompatible con qué fue creída previamente.

Además de Feng Gao, Artem un Bakulin del Imperial College London y Veaceslav Coropceanu del Instituto de Tecnología de Georgia son autores también correspondientes del artículo. La investigación ha sido financiada por concesiones de fuentes en Suecia, la UE, los E.E.U.U. y China, y también realizada en el marco de la iniciativa estratégica en materiales funcionales avanzados, AFM, en la universidad de Linkoping.

 FUENTE: Seience diario