En un avance que flexibiliza tipo económico de célula solar comercialmente viable, Investigadores de la Universidad de Michigan han demostrado células solares orgánicas que pueden alcanzar un 15 por ciento de eficiencia.

Este nivel de eficiencia está en el rango de muchos paneles solares, o fotovoltaica, actualmente en el mercado.

"La energía fotovoltaica orgánica puede reducir potencialmente el costo total del sistema de energía solar, hacer de la energía solar una fuente de energía limpia verdaderamente omnipresente, "dijo Stephen Forrest, el profesor universitario distinguido de ingeniería Peter A. Franken y el profesor de ingeniería Paul G. Goebel, quien dirigió el trabajo.

Con una eficiencia del 15 por ciento y una vida útil de 20 años, Los investigadores estiman que las células solares orgánicas podrían producir electricidad a un costo de menos de 7 centavos por kilovatio-hora. En comparación, el costo promedio de la electricidad en los EE. UU. fue de 10.5 centavos por kilovatio-hora en 2017, según la Administración de Información Energética de EE. UU.

Las células solares orgánicas incorporan carbono en su construcción para ofrecer varias ventajas sobre las células "inorgánicas" convencionales. Los paneles solares inorgánicos a base de silicio son costosos de fabricar, compuestos de gruesos, Láminas rígidas que requieren puntos de instalación fijos.

Pero las células solares orgánicas a base de carbono podrían fabricarse a bajo costo en rollos que sean lo suficientemente delgados como para doblarse y curvarse alrededor de estructuras o dentro de la ropa. e hizo cualquier color, incluso transparente, para integrarse en su entorno.

A pesar de estas ventajas, Las células solares orgánicas han carecido de la eficiencia necesaria para competir con las fuentes de energía convencionales.

"Durante los últimos años, la eficiencia de la energía fotovoltaica orgánica se estancó entre el 11 y el 12 por ciento, "dijo Xiaozhou Che, candidato a doctorado en el Programa de Física Aplicada y primer autor de un nuevo estudio publicado en Energía de la naturaleza .

Para sacarlos de esta rutina los investigadores combinaron múltiples avances en diseño y proceso.

Primero, diseñaron un sistema que combina capas especializadas para absorber tanto la luz visible como la infrarroja. Básicamente, apilaron dos células solares orgánicas, una capaz de absorber luz del espectro visible a partir de 350 nanómetros de longitud de onda. y otro capaz de absorber luz infrarroja cercana de hasta 950 nanómetros de longitud de onda.

"Por ellos mismos, las células alcanzan una eficiencia del 10 al 11 por ciento, "Dijo Che." Cuando los apilamos juntos, aumentamos la absorción de luz y mejoramos la eficiencia al 15 por ciento con un recubrimiento antirreflejos ".

Apilar las celdas requirió un gran avance en el proceso. El equipo desarrolló capas de interconexión que evitan daños en la primera celda, y seguir permitiendo el paso de la luz y las cargas eléctricas.

"Eso se considera un proceso difícil porque existe la posibilidad de que el líquido utilizado en el procesamiento de la celda superior disuelva las capas ya depositadas debajo," "Dijo Che.

Finalmente, el equipo demostró que su nuevo diseño, Los materiales y el proceso tienen un alto rendimiento de fabricación de más del 95 por ciento. Esto significa que los investigadores crearon con éxito casi todos los dispositivos sin cortocircuitos, y es importante para ampliar la fabricación a un nivel industrial.

A pesar de establecer un récord de eficiencia, el equipo cree que pueden impulsar su progreso aún más.

"Podemos mejorar la absorción de luz para aumentar la corriente eléctrica, y minimizar la pérdida de energía para aumentar el voltaje, "Dijo Che". Basado en cálculos, Se espera una eficiencia del 18 por ciento en un futuro próximo para este tipo de dispositivo multifuncional ".

El estudio, "Energía fotovoltaica en tándem orgánica de alto rendimiento de fabricación que combina subcélulas procesadas al vacío y en solución con una eficiencia del 15%, "se publica en Energía de la naturaleza el 23 de abril 2018.