Las celdas solares contribuyen de manera importante al suministro de energía renovable, pero los desechos de los paneles solares se convertirán rápidamente en un problema enorme. Ahora, en un estudio publicado recientemente en Journal of Materials Chemistry A , investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Nara (NAIST) han investigado la ciencia que podría ayudar a mejorar la utilidad de las células solares basadas totalmente en polímeros y fácilmente producibles en masa.

A nivel mundial, aproximadamente un tercio de la electricidad proviene actualmente de fuentes renovables. Las células solares basadas en silicio son el principal contribuyente, pero existe un problema cada vez mayor:qué hacer con los paneles después de su vida útil de 30 años. Un artículo de mayo de 2022 en Chemical &Engineering News plantea el problema:incluso cuando las instalaciones reciclan los marcos y cubiertas de los paneles, los elementos más valiosos o incluso tóxicos simplemente se desechan. Con un pronóstico de 80 millones de toneladas métricas de desechos de paneles solares que se habrán producido para 2050, este es un problema de desechos masivo.

Las células solares basadas en polímeros son una posible solución menos derrochadora. Dichos paneles son delgados y flexibles y, por lo tanto, en principio son bastante versátiles. Sin embargo, tienen ciertos problemas; por ejemplo, una eficiencia de conversión de energía más baja que el silicio. "Esta eficiencia está sustancialmente limitada por los factores de llenado:comúnmente menos del 60%, incluso en dispositivos avanzados", dice el autor correspondiente Hiroaki Benten del Instituto de Ciencia y Tecnología de Nara. "La ciencia que sustenta la eficiencia limitada de las células solares de mezcla de polímeros sigue sin explorarse lo suficiente".

Un resultado innovador de esta investigación es el alto factor de relleno:70 %, que se mantuvo en 60 % incluso para películas de polímeros de varios cientos de nanómetros de espesor. La tecnología de polímeros de la competencia presenta un factor de relleno del 40 % con este espesor. Esto se debe a que la recombinación bimolecular de electrones libres con huecos libres inhibió sustancialmente el trabajo anterior del factor de relleno, pero se suprimió en el estudio actual.

¿Qué suprimió la recombinación bimolecular dentro de las mezclas de polímeros? "Hubo una deslocalización sustancial de la carga en los dominios donante y aceptor", explica Masakazu Nakamura, autor principal. "La agregación adecuada de los donantes y aceptores de polímero condujo a una estructura local sustancialmente ordenada del polímero, lo que ayudó a mantener la separación de los electrones de los huecos".

Incluso si los investigadores resuelven por completo el problema de la eficiencia de las células solares de polímero, aún deberán mejorar la vida útil de 10 años de los prototipos de investigación más avanzados. Los esfuerzos de investigación adicionales incluyen la optimización de la morfología de la película e incluso el desarrollo de células solares híbridas de polímero/silicio para optimizar la recolección y la eficiencia de la energía. En los próximos años, las células solares podrían tener un aspecto y un funcionamiento completamente diferentes y mejores que la tecnología moderna. + Explora más

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