(PhysOrg.com) - Las células solares orgánicas pueden estar un paso más cerca del mercado debido a las mediciones tomadas en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. (NRL). donde un equipo de científicos ha desarrollado una mejor comprensión fundamental de cómo optimizar el rendimiento de las células.

Las células solares prototipo hechas de materiales orgánicos están actualmente muy por detrás de las células fotovoltaicas convencionales basadas en silicio en términos de producción de electricidad. Pero si se pueden desarrollar incluso células orgánicas razonablemente eficientes, tendrían distintas ventajas propias:su producción costaría mucho menos que las células convencionales, podría cubrir áreas más grandes, y posiblemente podría reciclarse mucho más fácilmente.

Las células que estudió el equipo se fabrican apilando cientos de capas delgadas que se alternan entre dos materiales orgánicos diferentes:ftalocianina de zinc y C ₆₀ , las moléculas de carbono en forma de balón de fútbol a veces llamadas buckminsterfullerenos, o "buckyballs". La luz que incide en esta película de varias capas excita todas sus capas de arriba a abajo, haciendo que cedan electrones que fluyen entre las capas de buckyball y ftalocianina, creando una corriente eléctrica.

Cada capa tiene solo unos pocos nanómetros de espesor, y variar su grosor tiene un efecto dramático en la cantidad de corriente eléctrica que emite la celda en general. Según el químico del NIST Ted Heilweil, determinar el grosor ideal de las capas es crucial para hacer las celdas de mejor rendimiento.

"En esencia, si las capas son demasiado delgadas, no generan suficientes electrones para que fluya una corriente sustancial, pero si son demasiado gruesos, muchos de los electrones quedan atrapados en las capas individuales, ”Dice Heilweil. "Queríamos encontrar el punto óptimo".

Encontrar ese "punto óptimo" implicó explorar la relación entre el grosor de la capa y dos aspectos diferentes del material. Cuando la luz incide en la película, las capas generan un “pico” inicial en la corriente que luego decae con bastante rapidez; la celda ideal generaría electrones de la manera más constante posible. Cambiar el grosor de la capa afecta la tasa de decaimiento inicial, pero también afecta la capacidad general del material para transportar electrones, por lo que el equipo quería encontrar la combinación óptima de estos dos factores.

Paul Lane de NRL cultivó una serie de películas que tenían capas de diferentes espesores, y el equipo realizó mediciones en ambos laboratorios que tomaron en cuenta los dos factores, encontrando que las capas de aproximadamente dos nanómetros de espesor dan el mejor rendimiento. Heilweil dice que los resultados lo animan a pensar que las células prototipo basadas en esta geometría se pueden optimizar, aunque sigue existiendo un obstáculo de ingeniería:encontrar la mejor manera de desconectar la electricidad.

"Aún no está claro cuál es la mejor manera de incorporar nanocapas tan delgadas en dispositivos, ”, Dice. "Esperamos desafiar a los ingenieros que puedan ayudarnos con esa parte".