Las células solares orgánicas son muy prometedoras para
aplicaciones de energía limpia. Sin embargo, las células solares fabricadas con
semiconductores orgánicos (a base de carbono) no mantienen su eficiencia
durante el tiempo suficiente bajo la luz solar para las aplicaciones del mundo
real.
Para solucionar este problema, los investigadores estudiaron
los mecanismos de degradación de los dos componentes utilizados en la capa
absorbente de luz de las células solares orgánicas: los materiales “donador” y
“aceptor” de electrones. Estos dos componentes son necesarios para dividir el
par electrón-hueco unido que se forma tras la absorción de un fotón en los
electrones y huecos libres que constituyen una corriente eléctrica.
En
el nuevo estudio, un equipo internacional de investigadores dirigido por el
Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge ha estudiado por primera
vez las vías de degradación de los materiales donadores y aceptores de
electrones.
Para
entender cómo se degradan estos materiales, los investigadores combinaron
estudios de estabilidad de dispositivos fotovoltaicos, en los que las células
solares operativas se someten a una luz intensa muy parecida a la luz solar,
con espectroscopia láser ultrarrápida realizada en Cambridge. Mediante esta técnica
láser, el equipo identificó un nuevo mecanismo de degradación en el material
donante de electrones que implica la torsión de la cadena polimérica.
Cuando el polímero retorcido absorbe un fotón, experimenta una vía de
desactivación extremadamente rápida en escalas de tiempo de femtosegundos. Este
proceso indeseable es lo suficientemente rápido como para competir con la
generación de electrones y huecos libres a partir de un fotón. Esta es la causa
de la reducción de la eficiencia de la célula solar orgánica tras exponerla a
luz solar simulada, afirman los investigadores.
Fue interesante descubrir que algo tan aparentemente insignificante como la
torsión de una cadena polimérica podía tener un efecto tan grande en la
eficiencia de la célula solar. En el futuro, tenemos previsto desarrollar
nuestros hallazgos en colaboración con grupos químicos para diseñar nuevos
materiales donantes de electrones con esqueletos poliméricos más rígidos.
Esperamos que esto reduzca la propensión del polímero a retorcerse y mejore así
la estabilidad del dispositivo de célula solar orgánica.
Dr. Alex Gillett, autor principal del
trabajo.
Las células solares orgánicas pueden utilizarse en una amplia gama de
aplicaciones para las que la fotovoltaica tradicional de silicio no es
adecuada. Los investigadores creen que, al identificar el mecanismo de
degradación que hay que resolver, la investigación actual acerca directamente a
la realidad la próxima generación de materiales y aplicaciones fotovoltaicos.
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