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  • Una opción escamosa impulsa las células solares orgánicas

    Parte de la célula solar está hecha de escamas de disulfuro de tungsteno de apenas unas mil millonésimas de metro de espesor. Crédito:T. D. Anthopoulos et al.

    Un material económico, hecho de escamas de disulfuro de tungsteno de solo unos pocos átomos de espesor, ha ayudado a mejorar el rendimiento de las células solares orgánicas1. El descubrimiento de los investigadores de KAUST podría ser un paso importante para hacer que estas células fotovoltaicas tengan un uso más amplio para generar electricidad limpia.

    La mayoría de las células solares utilizan silicio para absorber la luz y convertir su energía en electricidad. Pero las moléculas semiconductoras a base de carbono, utilizado en energía fotovoltaica orgánica (OPV), ofrecen algunas ventajas distintas sobre el silicio. Las OPV tienden a ser flexibles, por ejemplo, lo que significa que podrían fabricarse a gran escala mediante la impresión de rollo a rollo de bajo costo. Pero las mejores OPV convierten alrededor del 16-17 por ciento de la luz que capturan en energía eléctrica, muy por debajo de las células comerciales de silicio que superan el 20 por ciento.

    Thomas D. Anthopoulos, y colegas del KAUST Solar Center, han estimado que las OPV podrían rivalizar con ese rendimiento si se mejoraran ciertas partes de la celda2. Cuando la luz golpea el semiconductor, libera electrones del material y deja huecos cargados positivamente. Los electrones y los huecos son recogidos por diferentes capas en las caras opuestas del semiconductor y entregados a los electrodos de la celda para generar una corriente. El transportador de agujeros principal es un polímero llamado PEDOT:PSS, pero es ácido y absorbe la humedad del aire, que degrada otros materiales en la célula solar.

    Crédito:Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah

    El equipo interdisciplinario de Anthopoulos ahora ha desarrollado una capa transportadora de agujeros hecha de escamas de un material 2-D, disulfuro de tungsteno. Los investigadores utilizaron ultrasonido para arrancar las escamas de disulfuro de tungsteno en polvo suspendido en una mezcla de agua y etanol. Este método de sonicación es económico y fácil de ampliar, y las escamas se pueden esparcir sobre un electrodo usando un proceso de recubrimiento por rotación simple y ampliamente utilizado.

    El equipo fabricó varias OPV de esta manera, y el mejor tenía una eficiencia de conversión de energía del 17 por ciento, que es el más alto para cualquier OPV que utiliza un material 2-D como transportador de agujeros y entre los más altos para cualquier OPV. "Nos sorprendió mucho llegar al 17 por ciento, "dice Yuanbao Lin, un doctorado estudiante en el equipo. "Creemos que esto es solo el comienzo y hay un margen significativo para mejorar el rendimiento".

    El equipo descubrió que la capa de disulfuro de tungsteno tiene una resistencia menor que PEDOT:PSS y también es mejor para recolectar agujeros que su rival. conduciendo a un mejor rendimiento. "Nuestro objetivo inmediato es impulsar la eficiencia de nuestras células solares orgánicas mucho más allá del 17 por ciento y hacia nuestros límites teóricamente predichos, ", dice Anthopoulos." También nuestro objetivo es estudiar la estabilidad de estas células solares orgánicas de alta eficiencia ".


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