Un equipo de la Universidad del Sur de California ha producido películas de átomos de carbono transparentes y flexibles que, según los investigadores, tienen un gran potencial para una nueva generación de células solares.

“Las células orgánicas fotovoltaicas (OPV) se han propuesto como un medio para lograr energía de bajo costo debido a su facilidad de fabricación, peso ligero y compatibilidad con sustratos flexibles, "escribió Chongwu Zhou, profesor de ingeniería eléctrica en la Escuela de Ingeniería de la USC Viterbi, en un artículo publicado recientemente en la revista ACS Nano .

La técnica descrita en el artículo describe el progreso hacia un nuevo diseño de célula OPV que tiene ventajas significativas, particularmente en el área de la flexibilidad física.

Un aspecto crítico de cualquier dispositivo fotoelectrónico OPV es un electrodo conductor transparente a través del cual la luz puede acoplarse con materiales activos para crear electricidad. El nuevo trabajo indica que el grafeno, una forma de carbono altamente conductora y muy transparente formada por átomos:láminas de átomos de carbono con un grosor de átomos, tiene un gran potencial para desempeñar este papel.

Si bien la existencia del grafeno se conoce desde hace décadas, sólo se ha estudiado extensamente desde 2004 debido a la dificultad de fabricarlo en alta calidad y en cantidad.

El laboratorio de Zhou informó de la producción a gran escala de películas de grafeno por deposición de vapor químico hace tres años. En este proceso, El equipo de ingeniería de la USC crea láminas de grafeno ultradelgadas depositando primero átomos de carbono en forma de películas de grafeno en una placa de níquel a partir de gas metano.

Luego colocan una capa protectora de termoplástico sobre la capa de grafeno, y luego disuelva el níquel debajo en un baño ácido. En el paso final, unen el grafeno protegido con plástico a una lámina de polímero muy flexible, que luego se puede incorporar en una celda OPV. (ver diagrama)

El equipo de la USC ha producido láminas de grafeno / polímero que varían en tamaños de hasta 150 centímetros cuadrados que, a su vez, se pueden utilizar para crear matrices densas de células OPV flexibles.

Estos dispositivos OPV convierten la radiación solar en electricidad, pero no tan eficientemente como las células de silicio. La energía que proporciona la luz solar en un día soleado es de unos 1000 vatios por metro cuadrado. "Por cada 1000 vatios de luz solar que llegan a un área de un metro cuadrado de la celda solar de silicio estándar, Se generarán 14 vatios de electricidad, "dice Lewis Gomez De Arco, estudiante de doctorado y miembro del equipo que construyó las OPV de grafeno. "Las células solares orgánicas son menos eficientes; su tasa de conversión para esos mismos mil vatios de luz solar en la célula solar basada en grafeno sería de sólo 1,3 vatios".

Pero lo que carecen de eficiencia de las OPV de grafeno, potencialmente pueden hacer más que a un precio más bajo y, mayor flexibilidad física. Gómez De Arco piensa que eventualmente será posible operar imprentas colocando extensas áreas cubiertas con células solares económicas, al igual que las prensas de periódicos imprimen periódicos.

"Podrían colgarse como cortinas en las casas o incluso convertirse en tela y usarse como ropa generadora de energía. Puedo imaginarme a la gente encendiendo su teléfono celular o dispositivo de música / video mientras trota bajo el sol, " él dijo.

Los investigadores de la USC dicen que las OPV de grafeno serían un avance importante en al menos un área crucial sobre un diseño de OPV rival. uno basado en óxido de indio-estaño (ITO). En las pruebas del equipo de la USC, Las celdas ITO fallaron en un ángulo de flexión muy pequeño, mientras que las células basadas en grafeno permanecieron operativas después de repetidas flexiones en ángulos de tensión mucho mayores. Esto le daría a las células solares de grafeno una ventaja decidida en algunos usos, incluidas las aplicaciones impresas sobre tela propuestas por el equipo de la USC.

Zhou y los otros investigadores del equipo de la USC, que incluía a Yi Zhang, Cody W. Schlenker, Koungmin Ryu, y Mark E. Thompson, además de Gómez de Arco, están entusiasmados con el potencial de esta tecnología.

Su artículo concluye que su enfoque constituye un avance significativo hacia la producción de electrodos conductores transparentes en células solares. "El grafeno CVD cumple con los criterios de abundancia más importantes, bajo costo, conductividad, estabilidad, compatibilidad electrodo / película orgánica, y la flexibilidad que son necesarias para reemplazar la ITO en la energía fotovoltaica orgánica, lo que puede tener importantes implicaciones para los futuros dispositivos optoelectrónicos orgánicos ".