Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Academia de Ciencias de China han encontrado una manera fácil de modificar la estructura molecular de un polímero que se usa comúnmente en las células solares. Su modificación puede aumentar la eficiencia de las células solares en más de un 30 por ciento.

Las células solares basadas en polímeros tienen dos dominios, que consta de un aceptor de electrones y un material donador de electrones. Los excitones son las partículas de energía creadas por las células solares cuando se absorbe la luz. Para ser aprovechado de forma eficaz como fuente de energía, los excitones deben poder viajar rápidamente a la interfaz de los dominios donante y aceptor y retener la mayor cantidad posible de energía de la luz.

Una forma de aumentar la eficiencia de la célula solar es ajustar la diferencia entre la órbita molecular ocupada más alta (HOMO) del aceptor y los niveles más bajos de la órbita molecular desocupada (LUMO) del polímero para que el excitón pueda recolectarse con una pérdida mínima. Una de las formas más comunes de lograr esto es agregando un átomo de flúor al esqueleto molecular del polímero, una dificultad, proceso de varios pasos que puede aumentar el rendimiento de la célula solar, pero tiene considerables costos de fabricación de material.

Un equipo de químicos dirigido por Jianhui Hou de la Academia de Ciencias de China creó un polímero conocido como PBT-OP a partir de dos monómeros disponibles comercialmente y un monómero de fácil síntesis. Wei Ma, un investigador postdoctoral en física de NC State y autor correspondiente en un artículo que describe la investigación, llevó a cabo el análisis de rayos X de la estructura del polímero y la morfología donante:aceptor.

PBT-OP no solo fue más fácil de hacer que otros polímeros de uso común, pero una simple manipulación de su estructura química le dio un nivel de HOMO más bajo que el que se había visto en otros polímeros con la misma estructura molecular. PBT-OP mostró un valor de voltaje de circuito abierto (el voltaje disponible de una celda solar) de 0,78 voltios, un aumento del 36 por ciento sobre el promedio de ~ 0,6 voltios de polímeros similares.

Según el físico y coautor de NC State, Harald Ade, El enfoque del equipo tiene varias ventajas. "El posible inconveniente de cambiar la estructura molecular de estos materiales es que puede mejorar un aspecto de la célula solar, pero crear inadvertidamente consecuencias no deseadas en dispositivos que frustran la intención inicial, ", dice." En este caso, Hemos encontrado una manera químicamente fácil de cambiar la estructura electrónica y mejorar la eficiencia del dispositivo al capturar una fracción más grande de la energía de la luz. sin cambiar la capacidad de absorción del material, crear y transportar energía ".

Los hallazgos de los investigadores aparecen en Materiales avanzados . La investigación fue financiada por el Departamento de Energía de EE. UU. Y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de China. El Dr. Maojie Zhang sintetizó los polímeros; Xia Guo, Shaoqing Zhang y Lijun Huo de la Academia de Ciencias de China también contribuyeron al trabajo.