(Phys.org) —La investigación de la Universidad Estatal de Carolina del Norte revela que la eficiencia de las células solares se basa en un delicado equilibrio entre el tamaño y la pureza de las capas interiores, o dominios. Estos hallazgos pueden conducir a mejores diseños y rendimiento mejorado en células solares orgánicas.

Las células solares basadas en polímeros están destinadas a tener dos dominios, que consta de un aceptor de electrones y un material donador de electrones. La eficiencia de las células solares se basa en varios factores:la facilidad con la que los excitones (las partículas de energía creadas por las células solares cuando se absorbe la luz) pueden viajar a la interfaz de los dominios donante y aceptor mientras retienen la mayor cantidad posible de energía de la luz; y, una vez que las cargas se separan de los excitones, qué tan eficientemente viajan las cargas separadas a los electrodos del dispositivo para su recolección.

En realidad, sin embargo, estos dominios no son separados y puros, y pueden acabar siendo muchos más de dos. Los métodos de procesamiento actuales crean un complejo estructura multidominio, que impacta todos los factores involucrados en la eficiencia de la célula solar.

El físico de Carolina del Norte, Harald Ade, y sus colaboradores querían saber exactamente cómo la compleja estructura de la célula solar afecta su rendimiento. Usando técnicas avanzadas de rayos X suaves, Ade y sus colegas de la Academia de Ciencias de China encontraron que los dominios se mezclaban de formas inusuales y a veces contradictorias.

"Imagine los dos materiales de dominio de la célula solar como masa de pastel con una capa de vainilla y una capa de chocolate, "Ade dice". Inicialmente, el área interfacial, donde las capas se tocan, es tan grande como el molde para pasteles. Mientras mezcla las capas tirando de un tenedor a través de la masa para hacer remolinos, más vainilla toca el chocolate y crea aún más área interfacial. En una celda solar más área interfacial sirve para aumentar el rendimiento al aumentar la separación de carga.

"Sin embargo, si sigues mezclando las capas, obtienes una masa uniforme con menos pureza, lo que disminuye el rendimiento de la célula solar a medida que las cargas se recombinan y se pierden debido a una mezcla excesiva.

"Lo que encontramos es que en los dispositivos reales la estructura es similar a hacer remolinos con horquillas de diferentes tamaños utilizando una combinación de movimientos grandes o pequeños. Esto crea dos escalas de longitud que pueden tener diferentes grados de uniformidad de la masa, lo que lleva a complejas compensaciones entre tamaño, pureza y rendimiento. Nuestra tarea ahora es comprender estas compensaciones y descubrir cómo diseñar células solares que las aprovechen ".