La captura de luz geométrica es una estrategia simple y prometedora para mejorar en gran medida la absorción óptica y la eficiencia de las células solares. Sin embargo, La implementación de la captura de luz geométrica en fotovoltaica orgánica (OPV) es un desafío debido al hecho de que rara vez se puede lograr una capa activa orgánica uniforme en un sustrato texturizado. El profesor Zhiyong Fan y su grupo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) informaron sobre un nuevo concentrador óptico nanobowl fabricado en papel de aluminio de bajo costo y con el objetivo de abordar este problema. Han fabricado con éxito dispositivos OPV basados ​​en dicho concentrador óptico y han demostrado una mejora de más del 28% en la eficiencia de conversión de energía con respecto a los dispositivos sin nanobowl. Este trabajo fue publicado en Boletín de ciencia .

La energía solar es uno de los recursos de energía renovable más prometedores y representa un reemplazo limpio y definitivo para los combustibles fósiles en el futuro. En las ultimas decadas, Se han invertido enormes esfuerzos en el desarrollo de dispositivos fotovoltaicos eficientes y rentables que sean competitivos con los combustibles fósiles. La energía fotovoltaica orgánica (OPV) ha sido considerada como uno de los candidatos prometedores para Recolección de energía solar eficiente y de bajo costo. Los dispositivos OPV típicos se fabrican sobre un sustrato de vidrio y utilizan óxido de estaño dopado con indio como electrodo. Sin embargo, dicho sustrato no es flexible y la resistencia relativamente alta del electrodo ITO comprometerá el rendimiento del dispositivo OPV. Relativamente, un sustrato de papel de aluminio tiene las ventajas de una conductividad excelente, flexibilidad, rentabilidad y procesabilidad de rollo a rollo. Mientras tanto, la captura de luz mediante un sustrato nanotexturizado es una estrategia atractiva para mejorar la eficiencia de las células solares. Sin embargo, esta aplicación de la OPV se ha demostrado con éxito hasta ahora. Esto se debe en parte al requisito más estricto sobre la uniformidad del espesor de la capa activa para los dispositivos OPV y es difícil garantizar dicha uniformidad en nanotexturas con las técnicas de recubrimiento existentes.

El novedoso concentrador óptico nanobowl desarrollado por el profesor Zhiyong Fan puede mejorar en gran medida la absorción óptica en la capa activa de la célula solar orgánica y la simulación óptica reveló que dicha mejora fue contribuida por la capacidad superior de captura de fotones del nanobowl. Además, Han investigado el efecto de la geometría del nanobowl en el rendimiento de la célula solar y tres tipos de nanobowl con paso de 1000 nm, Se estudiaron 1200 nm y 1500 nm. Las células solares basadas en nanobowl con paso de 1000 nm exhibieron la mejor absorción de fotones en la capa fotoactiva, lo que condujo a la densidad de corriente de cortocircuito más alta de ~ 9,41 mA cm-2 entre todos los sustratos de nanobowl. Con voltaje de circuito abierto de 0.573 V y factor de llenado del 57.9%, esta célula solar nanobowl logró una eficiencia de conversión de energía solar del 3,12%, que es una mejora del 28% sobre el dispositivo de control sin nanobowl. Este trabajo no solo reveló la comprensión profunda de la captura de luz mediante el concentrador óptico nanobowl, pero también demostró la viabilidad de implementar la captura de luz geométrica a bajo costo, solución OPV procesable.

El desarrollo del novedoso concentrador óptico nanobowl y su aplicación en OPV fueron un esfuerzo de colaboración que involucró a profesores del Departamento de Química de HKUST, incluidos el profesor Shihe Yang y el profesor He (Henry) Yan, que están trabajando en investigaciones de vanguardia sobre energía fotovoltaica orgánica. El proyecto de investigación fue apoyado por Fondos de Investigación General del Consejo de Subvenciones de Investigación de Hong Kong y la Comisión de Tecnología de Innovación de Hong Kong.