Las células solares orgánicas están hechas de materiales baratos y abundantes, pero su eficiencia y estabilidad aún están por detrás de las de las células solares basadas en silicio. Un equipo de científicos chino-alemán ha encontrado una manera de mejorar la conductividad eléctrica de las células solares orgánicas, lo que aumenta sus actuaciones. Dopando la capa intermedia de óxido metálico, que conecta el electrodo y la capa activa, con un tinte orgánico modificado que aumentó tanto la eficiencia como la estabilidad, el estudio publicado en la revista Angewandte Chemie revelado.

Las células solares orgánicas convierten la luz en corriente eléctrica. El corazón de las células es la capa orgánica activa compuesta de moléculas orgánicas especialmente diseñadas. Aquí, electrones y huecos, las contrapartes positivas de los electrones, son generados por la luz y viajan a los electrodos para formar la corriente eléctrica. Un problema recurrente en el diseño de células solares orgánicas es la coincidencia de los tipos de materiales. Los electrodos están hechos de materiales inorgánicos, pero la capa activa es orgánica. Para unir los dos materiales, Las capas intermedias de óxido metálico se introducen en muchos tipos de células orgánicas. Pero en la mayoría de los diseños, las conductividades resultantes no son óptimas.

Frank Würthner en la Universidad de Würzburg, Alemania, y Zengqi Xie en la Universidad de Tecnología del Sur de China (SCUT), Guangzhou, Porcelana, investigó la idea de hacer una capa intermedia de óxido de zinc ligeramente más orgánica y fotoconductora para reducir la resistencia al contacto cuando se irradia con luz solar. Los científicos prepararon un tinte orgánico de tal manera que formara complejos estables con los iones de zinc presentes en la capa de óxido de zinc. Bajo la luz del sol este tinte modificado llamado hidroxi-PBI inyectaría electrones en la capa intermedia de óxido de zinc, lo que aumentaría su conductividad.

Luego, los científicos ensamblaron la célula solar orgánica, que consistía en un electrodo de vidrio de óxido de estaño indio (ITO), la capa de óxido de zinc dopada con el colorante hidroxi-PBI, la capa activa hecha de un polímero como donante de electrones y una molécula orgánica como aceptor, otra capa intermedia de óxido de metal, y un electrodo de aluminio como electrodo positivo. Esta arquitectura, que se llama una celda de heterounión masiva invertida, es el de una célula solar orgánica de última generación, que alcanza una eficiencia máxima de conversión de energía del 15 por ciento.

El dopaje entre capas fue beneficioso de varias maneras. Dependiendo del tinte (los científicos comprobaron el rendimiento de varios tintes con estructuras ligeramente diferentes) se lograron eficiencias de conversión de casi el 16 por ciento. Y la capa intermedia de óxido de zinc dopado con colorante también pareció ser más estable que una sin el dopaje. Los autores dijeron que era importante que el tinte PBI se modificara a su forma hidroxi-PBI, lo que dio lugar a complejos estrechos con los iones zinc. Sólo entonces podría evolucionar una estructura híbrida inorgánica-orgánica para formar un buen contacto con los materiales activos.