Tira solar OPV. Crédito:Cui et al.
Células orgánicas fotovoltaicas (OPV), una tecnología de células solares de tercera generación que puede convertir la energía solar en electricidad, Se ha descubierto que son más eficientes que las celdas de silicio bajo iluminación LED interior de baja intensidad de luz. Estas celdas también han mostrado un gran potencial para alimentar bajo consumo, Electrónica fuera de la red en ambientes interiores.
A pesar de su enorme potencial, la eficiencia de conversión de energía de las celdas OPV está actualmente limitada por pérdidas sustanciales en su voltaje de circuito abierto. Además, estudios anteriores sugieren que cuando se utiliza para iluminación interior, su espectro de absorción está lejos de ser óptimo.
En una búsqueda para superar estas limitaciones, Un equipo de investigadores de la Academia de Ciencias de China en China y la Universidad de Linköping en Suecia ha diseñado recientemente un aceptor sin fullereno que podría permitir células fotovoltaicas orgánicas de alto rendimiento para aplicaciones en interiores. Este nuevo aceptador, presentado en un artículo publicado en Energía de la naturaleza , se puede mezclar con un polímero donante para obtener una capa fotoactiva con un espectro de absorción que coincide con el de las fuentes de luz de interior.
La capa activa que convierte la energía luminosa en energía eléctrica en células solares orgánicas, como las OPV, se compone de una fina mezcla de dos moléculas, que se denominan donante y aceptor. Estas moléculas se pueden sintonizar esencialmente para absorber tipos de luz con diferentes longitudes de onda.
"En este trabajo, presentamos una combinación de donante / aceptor ajustada para absorber la luz visible, "Jonas Bergqvist, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo a TechXplore. "El donante y el aceptor están sintonizados para entregar también un alto voltaje de 1,24 V bajo iluminación solar".
Bergqvist y sus colegas combinaron el aceptador que desarrollaron, apodado IO-4Cl, con un donante de polímero conocido como PBDB-TF. Al combinar estas dos moléculas, lograron una capa fotoactiva con un espectro de absorción alineado con el de las fuentes de luz de interior, lo que lo hace ideal para aplicaciones en interiores.
"Muchos aceptores de alto rendimiento para energía fotovoltaica orgánica han tenido un intervalo de banda bajo con un inicio de absorción de ~ 800 nm, ", Dijo Bergqvist." En este trabajo, hemos modificado el aceptador ITIC para aumentar la banda prohibida y de esta manera hacer coincidir la absorción del material con el espectro de iluminación interior (igualando la luz visible 400-700 nm) ".
La amplia banda prohibida observada en el material ideado por los investigadores da como resultado un voltaje más alto, permitiendo un mayor rendimiento energético en entornos interiores. Los investigadores evaluaron el rendimiento de su aceptor en situaciones en las que la única iluminación era una luz LED de baja intensidad. simulando condiciones típicas en una variedad de espacios interiores, incluyendo salas de estar, bibliotecas y centros comerciales.
En estas pruebas, el aceptador que desarrollaron permitió una eficiencia de conversión de energía de hasta el 26,1 por ciento, usando un 1 cm 2 dispositivo. Cuando Bergqvist y sus colegas probaron un tamaño más grande (es decir, 4 cm 2 ) dispositivos alimentados por su aceptador, lograron una notable eficiencia de conversión de energía del 23,9 por ciento.
"La digitalización de nuestra sociedad está aumentando y el Internet de las cosas y los dispositivos inteligentes son un mercado en fuerte crecimiento, ", Dijo Bergqvist." Muchos de estos dispositivos consumen poca energía y los dispositivos eficientes de recolección de energía luminosa pueden ayudar a alimentarlos. Las OPV de alto rendimiento combinadas con la impresión y la producción de rollo a rollo de recubrimiento muestran un gran potencial para alimentar cosas inteligentes conectadas ".
La gran brecha, El aceptor no fullereno desarrollado por Bergqvist y sus colegas finalmente podría permitir un mayor rendimiento en células fotovoltaicas orgánicas dentro de ambientes interiores. Esto podría tener importantes implicaciones para el desarrollo de una tecnología de células solares más avanzada. que no se limita a aplicaciones al aire libre.
"Podemos ajustar fácilmente el espectro de absorción de estos materiales orgánicos, para que podamos maximizar la eficiencia para la conversión de luz interior, "Feng Gao, otro investigador involucrado en el estudio, dijo a TechXplore. "Esto no es posible para las células solares de silicio comerciales. Por esta razón, Realmente creo que las células solares orgánicas proporcionan un candidato único y prometedor para aplicaciones de interior, como la alimentación de Internet de las cosas ".
En los próximos años, el nuevo aceptor de células OPV desarrollado por este equipo de investigadores podría utilizarse para crear dispositivos más eficientes desde el punto de vista energético. En su trabajo futuro, Bergqvist, Gao y sus colegas planean continuar desarrollando el aceptador junto con Jianhou Hou de la Academia China de Ciencias. investigando nuevas formas de mejorar su desempeño.
Por ejemplo, el aumento de la fotocorriente podría conducir a un aumento adicional en la eficiencia de conversión de energía. Los cálculos realizados por los investigadores sugieren que, en teoría, podría ser posible impulsar su eficiencia de conversión de energía por encima del 40 por ciento.
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