Investigadores del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) han demostrado células solares poliméricas (PSC) de alto rendimiento con una eficiencia de conversión de energía (PCE) del 8,92%, que es el valor más alto informado hasta la fecha para las PSC plasmónicas que utilizan nanopartículas metálicas (NP). .

Una celda solar de polímero es un tipo de celdas solares de película delgada hechas con polímeros que producen electricidad a partir de la luz solar por efecto fotovoltaico. La mayoría de las células solares comerciales actuales están hechas de un cristal de silicio altamente purificado. El elevado coste de estas células solares de silicio y su complejo proceso de producción ha generado interés en el desarrollo de tecnologías fotovoltaicas alternativas.

En comparación con los dispositivos basados ​​en silicio, Los PSC son livianos (lo cual es importante para pequeños sensores autónomos), procesabilidad de la solución (potencialmente desechable), económico de fabricar (a veces utilizando electrónica impresa), flexible, y personalizable a nivel molecular, y tienen un menor potencial de impacto ambiental negativo. Las células solares de polímero han atraído mucho interés debido a estas muchas ventajas.

Aunque estas muchas ventajas, Los PSC actualmente adolecen de una falta de eficiencia suficiente para aplicaciones a gran escala y problemas de estabilidad, pero su promesa de producción extremadamente barata y, finalmente, valores de eficiencia altos los ha llevado a ser uno de los campos más populares en la investigación de células solares.

Para maximizar PCE, La absorción de luz en la capa activa debe aumentarse utilizando películas gruesas de heterounión en masa (BHJ). Sin embargo, el grosor de la capa activa está limitado por la baja movilidad del portador de los materiales BHJ. Por lo tanto, es necesario encontrar formas de minimizar el espesor de las películas de BHJ mientras se maximiza la capacidad de absorción de luz en la capa activa.

El equipo de investigación empleó el efecto de resonancia de plasmón superficial (SPR) a través de NP de plata recubiertas de sílice de múltiples posiciones (Ag @ SiO2) para aumentar la absorción de luz. La cáscara de sílice en Ag @ SiO2 preserva el efecto SPR de los Ag NP al evitar la oxidación del núcleo de Ag en condiciones ambientales y también elimina la preocupación por la extinción de excitones al evitar el contacto directo entre los núcleos de Ag y la capa activa. La propiedad multi-posicional se refiere a la capacidad de los NP de Ag @ SiO2 para introducirse en las interfaces ITO / PEDOT:PSS (tipo I) y PEDOT:PSS / capa activa (tipo II) en polímero:BHJ PSC a base de fullereno debido a las cáscaras de sílice.

Debido a que los PSC tienen muchas ventajas, incluido el bajo costo, procesabilidad de la solución, y flexibilidad mecánica, Los PSC se pueden adoptar en varias aplicaciones. Sin embargo, deberíamos romper la barrera de eficiencia del 10% para la comercialización de PSC.

El profesor Kim dijo:"Este es el primer informe que presenta NP de metal entre la capa de transporte del orificio y la capa activa para mejorar el rendimiento del dispositivo. Las propiedades multiposicionales y procesables en soluciones de nuestros materiales de resonancia de plasmón de superficie (SPR) ofrecen la posibilidad de utilizar múltiples efectos plasmónicos mediante la introducción de varios metales nanopartículas en diferentes ubicaciones espaciales para dispositivos optoelectrónicos de alto rendimiento a través de técnicas de producción en masa ".

"Nuestro trabajo es significativo para desarrollar nanopartículas metálicas novedosas y alcanzar casi el 10% de eficiencia mediante el uso de estos materiales. Si nos enfocamos continuamente en optimizar este trabajo, la comercialización de los PSC será una realización, pero no un sueño, "añadió el profesor Park.