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  • Un cambio inesperado en la estructura del polímero abre una nueva vía en la búsqueda de una mayor eficiencia de las células solares

    Figura 1:Un pequeño cambio en la estructura del polímero cambia la forma en que las cadenas de polímero se apilan juntas en una película delgada, resultando en una mejora dramática en la eficiencia de las células solares. Crédito:Itaru Osaka, Centro RIKEN de Ciencias de la Materia Emergente

    Las células solares basadas en polímeros orgánicos son de gran interés porque los materiales son más baratos de fabricar y más fáciles de procesar que los utilizados en las células solares inorgánicas tradicionales. Hasta la fecha, sin embargo, las mejores eficiencias de conversión de energía para las células solares de polímero permanecen por debajo del umbral de aplicación práctica. Itaru Osaka del Grupo de Investigación de Funciones Moleculares Emergentes en el Centro RIKEN para Ciencias de la Materia Emergente y sus colaboradores han descubierto ahora por casualidad que cambiar la estructura del polímero da como resultado una mejora significativa de la eficiencia de conversión de energía1.

    Cuando la energía luminosa es absorbida por el polímero en una celda solar de polímero, los electrones se excitan a niveles de energía más altos para producir un electrón de alta energía y un correspondiente "agujero" de electrones. Para convertir la energía luminosa en corriente eléctrica, estos electrones y agujeros tienen que moverse a través del polímero hasta los electrodos antes de que se recombinen y se pierda la energía. Se ha dedicado mucha investigación a comprender cómo mejorar este proceso de conversión.

    Osaka y sus colegas habían estado trabajando con un tipo particular de copolímero que contenía una estructura repetida de naftoditiofeno-naftobistiadiazol llamada PNNT-DT. "PNNT-DT tiene una solubilidad muy baja, "explica Osaka, "así que estábamos interesados ​​en unir cadenas laterales de alquilo adicionales al polímero para mejorar su procesabilidad". Como se esperaba, esta modificación mejoró significativamente la solubilidad del polímero, pero también mejoró significativa e inesperadamente las eficiencias de conversión de energía de las células solares fabricadas con el polímero.

    En las celdas solares, el polímero se deposita como una película delgada, y el análisis reveló que estos nuevos polímeros "alquilados" se dispusieron de modo que las cadenas de polímeros quedaran planas en pilas sobre la superficie en lugar de alinearse perpendicularmente a ella. Esto hace que los portadores de carga (electrones y huecos) se muevan perpendiculares a la superficie en lugar de paralelos, mejorando la eficiencia de conversión de energía (Fig. 1). "Este cambio inesperado en la orientación produjo células solares con una eficiencia de hasta el 8,2% en comparación con solo el 5,5% del material no alquilado, "dice Osaka.

    Por último, Osaka y sus colaboradores esperan aprovechar esta espectacular mejora de la eficiencia en otros polímeros para acercarse a la producción de células solares poliméricas que realmente puedan competir con el 15% o más de eficiencia de las células solares inorgánicas. "Necesitamos una mayor comprensión de por qué se produce este cambio en la orientación de los polímeros, y luego debemos aplicarlo a otros polímeros que pueden absorber un rango más amplio de longitudes de onda de luz visible, " él dice.


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