Con la ayuda de la fuente de luz de rayos X PETRA III de DESY, investigadores de Technische Universität München tienen, por primera vez, Observó cómo las células solares orgánicas se degradaban en tiempo real. Este trabajo podría abrir nuevos enfoques para aumentar la estabilidad de este tipo de célula solar tan prometedora. El equipo encabezado por el profesor Peter Müller-Buschbaum de la Technische Universität München (Universidad Técnica de Múnich) presenta sus observaciones en el número de esta semana de la revista científica. Materiales avanzados .

Células solares orgánicas, especialmente los basados ​​en polímeros son económicos de producir a gran escala. Gracias a su flexibilidad física, pueden abrir nuevas aplicaciones de la energía fotovoltaica que no son posibles en la actualidad. Es más, pueden convertir la luz en electricidad con una eficiencia de más del diez por ciento y podrían contribuir significativamente a un suministro de energía a gran escala basado en fuentes renovables. Sin embargo, la eficiencia de las células solares orgánicas sigue disminuyendo rápidamente y tienen una vida útil más corta que las células de silicio convencionales.

En la estación de medición P03 de la fuente de luz PETRA III de DESY, Los científicos han realizado las primeras observaciones en vivo de la degradación de las células solares orgánicas en funcionamiento. Para hacer esto, encendieron una celda solar de polímero de muestra usando un simulador solar, que emite luz que coincide con el espectro y la intensidad de la luz solar, y registró las características eléctricas de la celda a lo largo del tiempo. A intervalos que van desde varios minutos hasta una hora, los investigadores también observaron el interior de la célula solar utilizando el haz de rayos X de enfoque nítido de PETRA III. De esta forma pudieron observar cómo cambiaba la estructura interior de la capa activa de la célula solar en el transcurso de siete horas, mientras que la eficiencia de la celda disminuyó alrededor de un 25 por ciento.

La electricidad se genera en la capa activa en lo que se conoce como dominios activos en estas células solares. Aquí, la luz se absorbe y los portadores de carga se liberan. El diámetro de estos dominios activos aumentó en un 17 por ciento durante el estudio, de aproximadamente 70 a más de 80 nanómetros. Al mismo tiempo, la distancia media entre ellos aumentó en un 19 por ciento de 310 nanómetros a alrededor de 370 nanómetros, como mostraron las mediciones de rayos X.

"Esto sugiere que durante la operación los sitios pequeños desaparecen permanentemente en favor de los más grandes, "explica el primer autor Christoph Schaffer, quien es estudiante de doctorado en el grupo de Müller-Buschbaum. "Aunque los dominios crecen, también se alejan el uno del otro, esto significa que su área activa total se reduce. Esto puede explicar precisamente la disminución observada en la eficiencia ".

"El examen explicó el mecanismo de degradación por primera vez. Es un primer paso, "dice el coautor, el Dr. Stephan Roth, el científico DESY responsable de la estación de medición P03. "El siguiente paso consiste en intentar reducir o controlar este crecimiento de manera específica, por ejemplo, mediante la adición de sustancias apropiadas. Las células solares de polímero podrían producirse posiblemente con una estructura interna en la que los sitios activos crezcan hasta su tamaño óptimo durante las primeras horas de funcionamiento. "añade Müller-Buschbaum." La consecuencia de tales medidas podría ser que las células producidas industrialmente finalmente crucen el umbral de eficiencia económicamente crucial también para el funcionamiento a largo plazo, "enfatiza Roth.

Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY es el centro de aceleración líder en Alemania y uno de los líderes en el mundo. DESY es miembro de la Asociación Helmholtz y recibe su financiación del Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania (BMBF) (90 por ciento) y de los estados federales alemanes de Hamburgo y Brandeburgo (10 por ciento). En sus ubicaciones en Hamburgo y Zeuthen cerca de Berlín, DESY desarrolla, construye y opera grandes aceleradores de partículas, y los usa para investigar la estructura de la materia. La combinación de DESY de ciencia de fotones y física de partículas es única en Europa.