La energía fotovoltaica orgánica ha logrado eficiencias notablemente altas, pero encontrando combinaciones óptimas de materiales para células solares orgánicas de alto rendimiento, que también son económicamente competitivos, todavía presenta un desafío. Investigadores de Estados Unidos y China han desarrollado un innovador material entre capas para mejorar la estabilidad del dispositivo y el rendimiento de los electrodos. En el diario Angewandte Chemie , los autores describen sus picos de fullereno, polímero ioneno fácilmente procesable, que aumenta la eficiencia de conversión de energía de las células solares orgánicas.

A diferencia de las células solares comunes basadas en silicio, La energía fotovoltaica orgánica (OPV) involucra moléculas orgánicas en la generación de energía solar. Los materiales en las OPV son abundantes y procesables, barato y ligero, y los módulos se pueden hacer flexibles y con propiedades ajustables. La principal desventaja de tales materiales es que lograr una longevidad y un alto rendimiento requiere configuraciones y arquitecturas elaboradas. Las combinaciones optimizadas de materiales que coinciden con los electrodos siguen siendo difíciles de alcanzar.

Los metales de plata u oro forman estables al aire, cátodos procesables, pero también reducen el potencial del dispositivo. Para superar este problema, Yao Lui en la Universidad de Tecnología Química de Beijing (China), y Thomas Russell y Todd Emrick en la Universidad de Massachusetts, Amherst (Estados Unidos), y sus grupos de investigación, han desarrollado un nuevo material polimérico para que sirva como capa intermedia entre el electrodo y la capa activa. Esta capa intermedia debe ser conductora y debe reducir la función de trabajo del cátodo proporcionando un dipolo interfacial.

Como material de capa intermedia, los investigadores investigaron una nueva clase de polímeros cargados, los polímeros ioneno. "Los polímeros ioneno son policationes en los que los restos cargados se colocan dentro de la cadena principal del polímero en lugar de como grupos colgantes, "explican los autores. Esto conduce a una distribución de carga más alta que en los polímeros catiónicos convencionales, y además, mejor sintonía. Los polímeros ioneno proporcionan un dipolo interfacial útil, pero solo, carecen de la conductividad requerida.

Por lo tanto, los autores incluyeron fullerenos en el marco estructural de la capa de polímero. Las llamadas "bolas bucky" —esferas de fulllereno hechas únicamente de carbono— ya se utilizan como moléculas aceptoras comunes en los dispositivos OPV. Son muy conductores y tienen muchas otras propiedades favorables.

Los científicos prepararon el material de la capa intermedia de fullereno-ioneno innovando en la química de polimerización de crecimiento escalonado convencional con novedosos, monómeros funcionales. Ensamblaron los dispositivos OPV e incluyeron una capa intermedia. El resultado fue un aumento impresionante en la eficiencia de conversión de energía, en promedio tres veces, en comparación con los dispositivos sin la capa intermedia. Las eficiencias superiores al 10% apuntan a una mayor aplicabilidad de estos dispositivos modulares.

Este trabajo muestra que una modificación relativamente simple de la composición de los materiales puede mejorar la eficiencia en la electrónica orgánica y puede superar los problemas intrínsecos relacionados con la combinación de materiales duros (electrodos) y blandos (capas activas).