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    Los materiales aceptores y donantes ternarios aumentan la recolección de fotones en las células solares orgánicas

    Las células solares orgánicas mejoran constantemente a medida que se desarrollan nuevos materiales para la capa activa, y un artículo publicado esta semana en Applied Physics Reviews presenta una guía práctica para seleccionar materiales para células solares orgánicas ternarias. Los autores se propusieron emplear la ingeniería de componentes para extender la absorción de luz y la eficiencia de las células solares de una manera simple, forma física en lugar del complicado proceso de sintetizar nuevos semiconductores. Se utilizó la dispersión de rayos X de ángulo amplio de incidencia rasante para perfilar el empaquetamiento molecular y la orientación del material del sistema binario con PBDB-T-SF e IT-4F añadidos en diferentes cantidades. Crédito:Datos obtenidos en Beamline I07 en Diamond Light Source (Reino Unido)

    Las células solares orgánicas mejoran constantemente a medida que se desarrollan nuevos materiales para la capa activa, particularmente cuando los materiales se apilan en un diseño de heterounión masiva que aprovecha múltiples ventanas de absorción combinadas para usar fotones en más partes del espectro.

    Los materiales que no son fullereno son especialmente prometedores en células solares orgánicas binarias, lo que permite ajustar las propiedades ópticas y energéticas. Pero, a pesar de sus ventajas, estos materiales tienen ventanas de absorción estrechas. Los intentos de incorporar aceptores que no sean de fullereno en las células solares orgánicas incluyen la adición de un tercer componente para aumentar la recolección de fotones.

    El material del tercer componente debe seleccionarse cuidadosamente para que no influya en la forma y estructura molecular de manera que disminuya la eficiencia, pero sí garantice la transferencia de energía y carga en la dirección correcta.

    Un artículo publicado esta semana en Reseñas de física aplicada presenta una guía práctica para la selección de materiales para células solares orgánicas ternarias. Los autores se propusieron emplear la ingeniería de componentes para extender la absorción de luz y la eficiencia de las células solares de una manera simple, forma física en lugar del complicado proceso de sintetizar nuevos semiconductores.

    Comienzan con un aceptor de electrones no fullereno único llamado COi8DFIC, que tiene una eficiencia de conversión de alta potencia debido a su alto intervalo de banda y la capacidad de transformar su orientación molecular de orientaciones de laminillas a agregaciones de tipo H y J durante la fundición de sustrato caliente. En el estudio, combinan un sistema binario PTB7-Th:COi8DFIC con el donante de electrones de polímero PBDB-T-SF y el aceptor de electrones de moléculas pequeñas IT-4F para determinar la idoneidad de cada material para dispositivos ternarios.

    Descubrieron que se puede utilizar con éxito un material donante o aceptor en dispositivos ternarios:se descubrió que PBDB-T-SF e IT-4F son efectivos cuando se agregan al sistema binario PTB7-Th:COi8DFIC en cantidades del 10% y el 15% , respectivamente.

    Los materiales mejoraron la respuesta espectral, mejoró la recolección de fotones y afectó el orden molecular de los materiales huésped para mejorar el apilamiento π-π. Apilar los planos moleculares paralelos al electrodo del dispositivo contribuye directamente a la movilidad de la carga, eficiencia de conversión de energía y mantenimiento de una fina separación de fases.

    "La coexistencia de agregaciones de tipo H y J significa que el dispositivo tiene un espectro de absorción más amplio y absorberá más fotones en rangos de longitud de onda corta y larga y los convertirá en cargas, resultando en una mayor eficiencia, ", dijo el autor Tao Wang.

    Los autores planean explorar métodos físicos para controlar mejor la formación del material, para inhibir el tipo H y estimular la agregación del tipo J, que extiende la absorción de luz hacia el infrarrojo cercano, haciendo posible las células solares orgánicas semitransparentes.

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