(Phys.org) —Una nueva versión de células solares creada por laboratorios en las universidades estatales de Rice y Pensilvania podría abrir la puerta a la investigación sobre una nueva clase de dispositivos de energía solar.

Los dispositivos fotovoltaicos creados en un proyecto liderado por el ingeniero químico de Rice Rafael Verduzco y el ingeniero químico de Penn State Enrique Gómez están basados ​​en copolímeros de bloque, materiales orgánicos autoensamblables que se organizan en capas distintas. Superan fácilmente a otras células con compuestos poliméricos como elementos activos.

El descubrimiento se detalla en línea en la revista American Chemical Society. Nano letras .

Aunque comercial, Las células solares basadas en silicio convierten aproximadamente el 20 por ciento de la luz solar en electricidad y las unidades experimentales superan el 25 por ciento. ha habido una corriente subterránea de investigación en células a base de polímeros que podrían reducir en gran medida el costo de la energía solar, Dijo Verduzco. Las células de Rice / Penn State alcanzan una eficiencia de alrededor del 3 por ciento, pero eso es sorprendentemente mejor de lo que otros laboratorios han logrado usando compuestos poliméricos.

"Se necesitan dos componentes en una celda solar:uno para transportar electrones (negativos), el otro para llevar cargas positivas, “Dijo Verduzco. El desequilibrio entre los dos provocado por la entrada de energía - la luz solar - crea una corriente útil.

Desde mediados de la década de 1980, los investigadores han experimentado apilando o mezclando componentes poliméricos con un éxito limitado, Dijo Verduzco. Las mezclas posteriores de polímero / fullereno superaron el 10 por ciento de eficiencia, pero los fullerenos - en este caso, buckyballs C-60 mejoradas - son difíciles de trabajar, él dijo.

El laboratorio de Rice descubrió un copolímero de bloque, P3HT-b-PFTBT, que se separa en bandas de unos 16 nanómetros de ancho. Más interesante para los investigadores fue la tendencia natural de los polímeros a formar bandas perpendiculares al vidrio. El copolímero se creó en presencia de una capa superior de vidrio / óxido de indio y estaño (ITO) a unos modestos 165 grados Celsius.

Con una capa de aluminio en el otro lado del dispositivo construido por el equipo de Penn State, las bandas de polímero se estiraron desde los electrodos de arriba a abajo y proporcionaron un camino despejado para que fluyeran los electrones.

"En papel, los copolímeros de bloque son excelentes candidatos para células solares orgánicas, pero nadie ha podido obtener un rendimiento fotovoltaico muy bueno utilizando copolímeros de bloque, ", Dijo Verduzco." No abandonamos la idea de los copolímeros de bloque porque en realidad solo ha habido un puñado de este tipo de células solares probadas anteriormente. Pensamos que conseguir un buen rendimiento utilizando copolímeros de bloque era posible si diseñábamos los materiales adecuados y fabricamos las células solares en las condiciones adecuadas ".

Los misterios permanecen él dijo. "No está claro por qué el copolímero se organiza perpendicularmente a los electrodos, ", dijo." Nuestra hipótesis es que ambos polímeros quieren estar en contacto con el vidrio recubierto de ITO. Creemos que fuerza esta orientación, aunque aún no lo hemos probado ".

Dijo que los investigadores quieren experimentar con otros copolímeros de bloque y aprender a controlar sus estructuras para aumentar la capacidad de la célula solar para capturar fotones y convertirlos en electricidad. Una vez que hayan logrado un mayor rendimiento de las células, el equipo analizará el uso a largo plazo.

"Primero nos centraremos en el rendimiento, porque si no podemos llegar lo suficientemente alto, no hay razón para abordar algunos de los otros desafíos como la estabilidad, "Dijo Verduzco. Encapsular una celda solar para evitar que el aire y el agua se degrade es fácil, él dijo, pero protegerlo de la degradación ultravioleta con el tiempo es difícil. "Hay que exponerlo a la luz del sol. Eso no se puede evitar".