Las energías fotovoltaicas semitransparentes son capaces de convertir la luz solar en electricidad sin bloquear la luz visible. Esto los hace atractivos para la construcción de aplicaciones integradas, como ventanas, fachadas e invernaderos.

A diferencia de las células tradicionales basadas en silicio, la energía fotovoltaica orgánica puede ser flexible y también puede adaptarse para ser transparente. Sin embargo, cuanto más transparente es la célula solar, menos luz capta para producir electricidad.

Las células solares orgánicas suelen depender de una capa activa llamada heterounión masiva, compuesta por materiales donantes y aceptores de electrones, para capturar y convertir la luz solar. Al entrar en contacto, la luz solar puede excitar electrones a estados de mayor energía en la heterounión, lo que crea pares electrón-hueco, o excitones, que se desprenden en la interfaz donante-aceptor.

Con esta separación de cargas, los electrones migran hacia el aceptor, mientras que los huecos cargados positivamente se mueven hacia el donante, generando electricidad. Las heterouniones suelen tener cantidades iguales de materiales donantes y aceptores para promover la captación y conversión de luz, pero los dispositivos no son transparentes.

En los últimos cinco años, los aceptores no fullerenos han producido dispositivos basados ​​en heterouniones con eficiencias récord, acercándose a la marca del 20%. Sin embargo, los investigadores sugirieron recientemente que las películas de un solo componente del aceptor Y6 no fullereno podrían generar cargas sin la necesidad de una heterounión cuando se exponen a la luz solar.

Inspirado por este hallazgo, el equipo dirigido por Derya Baran y el postdoctorado Anirudh Sharma investigó la generación de carga en otros aceptores no fullerenos. Al igual que Y6, los aceptores, que absorben fuertemente la luz del infrarrojo cercano, produjeron cargas sin una interfaz donante-aceptor. Lo hicieron porque el excitón se dividió espontáneamente, lo que sorprendió a los investigadores. Los hallazgos se publican en la revista Advanced Materials. .

"Esto pone a prueba nuestra comprensión de cómo funcionan estos dispositivos y exige una reevaluación", afirma Sharma.

Los investigadores desarrollaron energía fotovoltaica orgánica semitransparente térmicamente estable utilizando aceptores que absorben el infrarrojo cercano. Estos son más transparentes en la región visible, con o sin una cantidad mínima de materiales donantes que absorben la luz visible en una heterounión.

En ausencia de material donante, los dispositivos funcionaron mal debido a una separación de carga limitada. La adición de donantes mejoró la generación de carga y la migración de orificios hacia el ánodo, mejorando la eficiencia. "Esto nos permitió fabricar células solares que son parcialmente transparentes y al mismo tiempo convertir la luz solar en electricidad", dice Sharma.

Los módulos solares basados ​​en dispositivos semitransparentes dieron como resultado una eficiencia del 5,3% y una transmitancia visible del 82%, lo que indica su alto grado de transparencia.

"Ahora estamos investigando aceptores no fullerenos de próxima generación a un nivel fundamental para comprender su fotofísica y cómo las capas de transporte de carga afectan el rendimiento general de los dispositivos de homounión", afirma Sharma.