Investigadores de la Universidad de Kanazawa han realizado una investigación detallada de los mecanismos moleculares por los cuales las células solares orgánicas sufren daños cuando se exponen a la luz solar. Esta investigación tiene importantes implicaciones para el desarrollo de paneles solares de próxima generación que combinan alta eficiencia, bajo costo, y una larga vida útil del dispositivo.

La energía solar representa un elemento importante de las futuras soluciones de energía renovable. Históricamente, Los paneles solares han tendido a ser ineficientes o demasiado caros para que la mayoría de los propietarios consideren instalarlos. Una nueva clase de células solares que utiliza capas de polímeros a base de carbono ofrece una eficiencia de hasta el 10%, que se considera el mínimo para un uso práctico, a un precio asequible. El principal obstáculo que queda para la adopción generalizada de estos nuevos fotovoltaicos es la corta vida útil de estos dispositivos porque el daño acumulativo del sol tiende a erosionar su rendimiento. Debido a la naturaleza multicapa de los dispositivos, A menudo es difícil identificar los mecanismos moleculares por los que se produce esta degradación de la eficacia a lo largo del tiempo.

Ahora, basado en los resultados de las curvas corriente-voltaje, espectroscopia de impedancia, y espectrofotometría UV-VIS, un equipo de investigación de la Universidad de Kanazawa ha determinado un factor importante que puede provocar una reducción del rendimiento. De manera similar a la forma en que las células de la piel a base de carbono pueden sufrir una quemadura solar desagradable por la luz ultravioleta del sol después de un día en la playa, Los investigadores encontraron que las frágiles moléculas orgánicas en la capa semiconductora pueden dañarse por la exposición.

"Descubrimos que el daño de la luz ultravioleta aumentaba la resistencia eléctrica de la capa semiconductora orgánica, ", dice el primer autor Makoto Karakawa. Esto condujo a un flujo de corriente reducido y, por lo tanto, a una disminución general de la eficiencia. Usando un método conocido como tiempo de vuelo de ionización / desorción láser asistida por matriz, los investigadores determinaron los posibles productos de degradación del daño solar. Cuando algunos átomos de azufre en los materiales son reemplazados por átomos de oxígeno de la atmósfera, las moléculas ya no funcionan como se esperaba.

"Si bien los nuevos materiales semiconductores orgánicos nos han permitido aumentar drásticamente la eficiencia general, descubrimos que tienden a ser más frágiles al daño de los rayos UV, "explica el autor principal Kohshin Takahashi. Según este entendimiento, puede ser posible diseñar dispositivos más robustos que aún mantengan su alta tasa de conversión de energía, que es un paso importante para hacer de la energía solar una porción aún mayor de la generación de energía renovable.