Un equipo de investigación dirigido por la Universidad Estatal de Carolina del Norte ha desarrollado una nueva técnica para determinar el papel que tiene la estructura de un material en la eficiencia de las células solares orgánicas. que son candidatos a bajo costo, Energía solar de próxima generación. Los investigadores han utilizado la técnica para determinar que los materiales con una estructura altamente organizada en la nanoescala no son más eficientes para crear electrones libres que las estructuras mal organizadas, un hallazgo que ayudará a orientar los esfuerzos de investigación y desarrollo futuros.

"Se han realizado muchos estudios que analizan la eficiencia de las células solares orgánicas, pero el proceso de conversión de energía implica varios pasos, y es difícil aislar la eficiencia de cada paso, "dice el Dr. Brendan O'Connor, profesor asistente de ingeniería mecánica en NC State y autor principal de un artículo sobre el trabajo. "La técnica que discutimos en nuestro nuevo artículo nos permite desenredar esas variables y enfocarnos en un paso específico:la eficiencia de disociación de excitones".

Hablando en general, Las células solares orgánicas convierten la luz en corriente eléctrica en cuatro pasos.

Primero, la célula absorbe la luz solar, que excita electrones en la capa activa de la celda. Cada electrón excitado deja un agujero en la capa activa. El electrón y el agujero se denominan colectivamente excitón. En el segundo paso, llamado difusión, el excitón salta hasta que encuentra una interfaz con otro material orgánico en la capa activa. Cuando el excitón se encuentra con esta interfaz, obtienes el paso tres:disociación. Durante la disociación, el excitón se rompe, liberando el electrón y el respectivo agujero. En el paso cuatro, llamado cobro de cargos, el electrón libre se abre paso a través de la capa activa hasta un punto en el que se puede recolectar.

En investigaciones anteriores sobre células solares orgánicas, Había ambigüedad sobre si las diferencias en la eficiencia se debían a la disociación o al cobro de cargas, porque no existía un método claro para distinguir entre los dos. ¿Era un material ineficaz para disociar excitones en electrones libres? ¿O el material solo dificultaba que los electrones libres encontraran la salida?

Para abordar estas preguntas, Los investigadores desarrollaron un método que aprovecha una característica particular de la luz:si la luz está polarizada de manera que "corre" paralela al eje largo de las moléculas orgánicas de las células solares, será absorbido; pero si la luz corre perpendicular a las moléculas, lo atraviesa.

Los investigadores crearon nanoestructuras altamente organizadas dentro de una porción de la capa activa de una célula solar orgánica, lo que significa que todas las moléculas en esa porción corrían de la misma manera. Dejaron las regiones restantes de la célula desorganizadas, lo que significa que las moléculas corrieron en un montón de direcciones diferentes. Este diseño permitió a los investigadores hacer que las áreas organizadas de la célula fueran efectivamente invisibles al controlar la polaridad de la luz dirigida a la capa activa. En otras palabras, los investigadores pudieron probar solo la sección organizada o solo la sección desorganizada, aunque estuvieran en la misma capa activa de la misma célula solar.

Debido a que la recopilación de cargos sería la misma para ambas regiones (ya que estaban en la misma capa activa), la técnica permitió a los investigadores medir el grado en que la organización estructural afectaba la eficiencia de disociación del material.

"Descubrimos que no había relación entre la eficiencia de la disociación y la organización estructural, "Dice O'Connor." Fue realmente una sorpresa, y nos dice que no necesitamos nanoestructuras altamente ordenadas para una generación eficiente de electrones libres.

"En terminos practicos, esta técnica ayudará a distinguir las pérdidas de eficiencia de los materiales recientemente desarrollados, ayudando a definir qué materiales y características de nanoestructura se necesitan para avanzar en la tecnología de células solares orgánicas ".