Un enfoque prometedor para fabricar células solares económicas, ligero y flexible es utilizar productos orgánicos (es decir, compuestos que contienen carbono) en lugar de costosos, silicio altamente purificado. Pero un problema persistente ha ralentizado el desarrollo de tales células:los investigadores han tenido dificultades para encontrar materiales apropiados para que los electrodos lleven la corriente hacia y desde las células. Específicamente, Ha sido difícil fabricar electrodos con materiales que puedan igualar la flexibilidad de las células orgánicas. transparencia y bajo costo.

El material estándar utilizado hasta ahora para estos electrodos es óxido de indio-estaño, o ITO. Pero el indio es caro y relativamente raro, por lo que se ha iniciado la búsqueda de un reemplazo adecuado. Ahora, Un equipo de investigadores del MIT ha ideado una forma práctica de utilizar un posible sustituto hecho de carbono ubicuo y económico. El material propuesto es grafeno, una forma de carbono en la que los átomos forman una hoja plana de solo un átomo de espesor, dispuestas en una formación similar a una malla de gallinero.

Un análisis de cómo usar el grafeno como electrodo para tales células solares se publicó el 17 de diciembre en la revista. Nanotecnología , en un artículo de los profesores del MIT Jing Kong y Vladimir Bulović junto con dos de sus estudiantes y un investigador postdoctoral.

El grafeno es transparente de modo que los electrodos hechos con él se puedan aplicar a las células solares orgánicas transparentes sin bloquear la luz entrante. Además, es flexible como las propias células solares orgánicas, por lo que podría ser parte de instalaciones que requieran que el panel siga los contornos de una estructura, como un techo estampado. ITO, por el contrario, es rígido y quebradizo.

El mayor problema para hacer que el grafeno funcione como electrodo para células solares orgánicas ha sido lograr que el material se adhiera al panel. El grafeno repele el agua, de modo que los procedimientos típicos para producir un electrodo en la superficie depositando el material de una solución no funcionarán.

El equipo probó una variedad de enfoques para alterar las propiedades de la superficie de la celda o para usar soluciones distintas al agua para depositar el carbono en la superficie. pero ninguno de estos funcionó bien, Kong dice. Pero luego descubrieron que el "dopaje" de la superficie, es decir, introduciendo un conjunto de impurezas en la superficie - cambió la forma en que se comportaba, y permitió que el grafeno se uniera firmemente. Como bonificación, Resultó que el dopaje también mejoró la conductividad eléctrica del material.

Si bien las características específicas del electrodo de grafeno difieren de las del ITO que reemplazaría, su rendimiento general en una celda solar es muy similar, Kong dice. Y la flexibilidad y el peso ligero de las células solares orgánicas con electrodos de grafeno podrían abrir una variedad de aplicaciones diferentes que no serían posibles con los paneles solares convencionales basados ​​en silicio de hoy en día. ella dice. Por ejemplo, debido a su transparencia, podrían aplicarse directamente a las ventanas sin bloquear la vista, y podrían aplicarse a paredes irregulares o superficies de techos. Además, podrían apilarse encima de otros paneles solares, aumentando la cantidad de energía generada en un área determinada. E incluso se pueden doblar o enrollar para facilitar su transporte.

Si bien esta investigación analizó cómo adaptar el grafeno para reemplazar uno de los dos electrodos en un panel solar, Kong y sus compañeros de trabajo ahora también están tratando de adaptarlo al otro electrodo. Además, El uso generalizado de esta tecnología requerirá nuevas técnicas para la fabricación a gran escala de grafeno, un área de investigación muy activa. El trabajo en curso ha sido financiado por el Eni-MIT Alliance Solar Frontiers Center y una beca de investigación de la NSF.

Peter Peumans, profesor asistente de ingeniería eléctrica en la Universidad de Stanford, que no participó en este estudio, dice que las células solares orgánicas probablemente se volverán prácticas solo con el desarrollo de tecnología de electrodos transparentes que sea más barata y más robusta que los óxidos metálicos convencionales. Se están estudiando otros materiales como posibles sustitutos, él dice, pero este trabajo representa un "progreso muy importante" para hacer del grafeno un electrodo transparente de reemplazo creíble.

“Otros grupos ya habían demostrado que el grafeno presenta buenas combinaciones de transparencia y resistencia a la hoja, pero nadie pudo lograr un rendimiento con electrodos de grafeno que coincida con el de los dispositivos en electrodos convencionales de óxido de metal (ITO), ”Dice Peumans. "Este trabajo es un impulso sustancial para hacer del grafeno un candidato destacado".