Células solares que utilizan mezclas de moléculas orgánicas para absorber la luz solar y convertirla en electricidad. que se puede aplicar a superficies curvas como la carrocería de un automóvil, podría estar un paso más cerca gracias a un descubrimiento que desafía el pensamiento convencional sobre uno de los componentes clave de estos dispositivos.

Una célula solar orgánica básica consiste en una película delgada de semiconductores orgánicos intercalados entre dos electrodos que extraen las cargas generadas en la capa de semiconductores orgánicos al circuito externo. Durante mucho tiempo se ha asumido que el 100% de la superficie de cada electrodo debe ser eléctricamente conductor para maximizar la eficiencia de la extracción de carga.

Los científicos de la Universidad de Warwick han descubierto que los electrodos en las células solares orgánicas en realidad solo necesitan el 1% de su superficie para ser conductores de electricidad para ser completamente efectivos. lo que abre la puerta al uso de una variedad de materiales compuestos en la interfaz entre los electrodos y las capas semiconductoras orgánicas recolectoras de luz para mejorar el rendimiento del dispositivo y reducir los costos. El descubrimiento, publicado hoy (11 de septiembre), se informa en Materiales funcionales avanzados .

El líder académico, Dr. Ross Hatton del Departamento de Química de la Universidad, dijo:"Se asume ampliamente que si desea optimizar el rendimiento de las células solares orgánicas, debe maximizar el área de la interfaz entre los electrodos y los semiconductores orgánicos. Preguntamos si eso era realmente cierto".

Los investigadores desarrollaron un electrodo modelo que podrían cambiar sistemáticamente el área de superficie de, y descubrió que cuando hasta el 99% de su superficie era eléctricamente aislante, el electrodo todavía funciona tan bien como si el 100% de la superficie fuera conductora, siempre que las regiones conductoras no estén muy separadas.

Las células solares orgánicas de alto rendimiento tienen capas transparentes adicionales en las interfaces entre los electrodos y la capa semiconductora orgánica recolectora de luz que son esenciales para optimizar la distribución de la luz en el dispositivo y mejorar su estabilidad. pero también debe poder conducir cargas a los electrodos. Esta es una tarea difícil y no muchos materiales cumplen con todos estos requisitos.

Dr. Dinesha Dabera, el investigador postdoctoral en este proyecto financiado por Leverhulme Trust, explica:"Este nuevo hallazgo significa compuestos de aislantes y nanopartículas conductoras, como nanotubos de carbono, fragmentos de grafeno o nanopartículas metálicas, podría tener un gran potencial para este propósito, ofreciendo un rendimiento mejorado del dispositivo o un costo más bajo.

"Las células solares orgánicas están muy cerca de comercializarse, pero aún no lo han hecho, por lo que cualquier cosa que le permita reducir aún más los costos y, al mismo tiempo, mejorar el rendimiento, ayudará a habilitarlo ".

Dr. Hatton, quien será entrevistado por Serena Bashal de la Coalición Juvenil por el Clima del Reino Unido en el Festival de Ciencia Británico esta semana, explica:"Lo que hemos hecho es demostrar una regla de diseño para este tipo de célula solar, lo que abre posibilidades mucho mayores para la elección de materiales en el dispositivo y, por lo tanto, podría ayudar a permitir su realización comercial ''.

Las células solares orgánicas son potencialmente muy respetuosas con el medio ambiente, porque no contienen elementos tóxicos y pueden procesarse a baja temperatura mediante deposición de rollo a rollo, por lo que puede tener una huella de carbono extremadamente baja y un tiempo de recuperación de la inversión de energía corto.

El Dr. Hatton explica:"Existe una necesidad cada vez mayor de células solares que puedan apoyarse en sustratos flexibles que sean livianos y que se puedan ajustar en color. Las células solares de silicio convencionales son fantásticas para la generación de electricidad a gran escala en granjas solares y en los techos de los edificios. , pero no se ajustan bien a las necesidades de los vehículos eléctricos ni a la integración en las ventanas de los edificios, que ya no son aplicaciones de nicho. Las células solares orgánicas pueden asentarse en superficies curvas, y son muy ligeros y de bajo perfil.

"Este descubrimiento puede ayudar a permitir que estos nuevos tipos de células solares flexibles se conviertan en una realidad comercial más pronto porque les dará a los diseñadores de esta clase de células solares más opciones en los materiales que pueden usar".