Una capa de captación de luz de tres componentes aumenta el rendimiento en una célula solar orgánica.

Agregar un ingrediente adicional a la capa de captura de luz de una tecnología emergente de células solares puede mejorar significativamente todos los aspectos de su rendimiento de recolección de energía. Los investigadores de KAUST lo han demostrado.

El equipo está desarrollando una alternativa a la tecnología solar de silicio llamada células solares orgánicas. que se puede formular en tintas para producción de bajo costo. Aunque las células solares orgánicas todavía no se ajustan a la eficiencia de captura de luz de las células de silicio, el diseño de tres componentes les acerca un paso significativo.

Ha habido ganancias significativas en el rendimiento de las células solares orgánicas debido a un replanteamiento de su formulación. Típicamente, las células constan de dos moléculas captadoras de luz:una donante de electrones y la otra aceptora de electrones, que ayudan a separar las cargas eléctricas generadas cuando la luz incide en el material. Las primeras células solares orgánicas usaban moléculas llamadas fullerenos como aceptor de electrones, pero estos materiales habían alcanzado una meseta de rendimiento.

"La aparición de aceptadores no plenos abrió un nuevo horizonte, aumentar la eficiencia de conversión de energía certificada del 10,9 por ciento al 15,6 por ciento en solo cuatro años, "dice Xin Song, estudiante de posgrado en el grupo de investigación de Derya Baran en el Centro Solar KAUST.

Una innovación más reciente es agregar una pequeña cantidad de un tercer componente, ya sea un aceptor de electrones adicional o un donante de electrones adicional, en la mezcla orgánica de captación de luz. El tercer componente puede mejorar la procesabilidad y producir una calidad superior, capa de recolección de luz de mayor rendimiento. Alternativamente, puede absorber energía luminosa en longitudes de onda complementarias a los otros dos componentes de la mezcla.

Ahora, Baran, Song y sus colaboradores han identificado un tercer componente que mejora simultáneamente ambos aspectos del rendimiento del dispositivo. El equipo incorporó un segundo donante de electrones llamado BIT-4F-T en un material solar orgánico. Esta molécula fue seleccionada por varias razones, Song explica:su profundo potencial de ionización, que beneficia las propiedades electrónicas de la célula; su absorción de luz complementaria para cosechar más luz; y su alta cristalinidad, que mejora la procesabilidad.

Juntos, estas mejoras aumentaron el rendimiento de la célula solar en un 15 por ciento en comparación con la mezcla de dos componentes, lo que le permite alcanzar una eficiencia general de conversión de energía de energía solar del 14 por ciento. Las células que contenían BIT-4F-T también mantuvieron un rendimiento significativamente mayor a lo largo del tiempo.

A continuación, el equipo planea investigar si el material de tres componentes se puede producir utilizando un tecnología de recubrimiento a gran escala sin dejar de mantener una estabilidad superior del dispositivo, Song dice. Los investigadores también probarán el material en una célula solar en tándem, recubriendo la mezcla orgánica ternaria sobre otro material solar. "De nuestra simulación, la configuración en tándem aumentará la eficiencia por encima del 17 por ciento, "dice Song.