Investigadores de la KAUST han descubierto que un recubrimiento de electrodos de tan sólo una molécula de grosor puede mejorar considerablemente el rendimiento de una célula fotovoltaica orgánica.
El recubrimiento supera al principal material utilizado actualmente para esta tarea y puede allanar el camino para mejorar otros dispositivos que dependen de moléculas orgánicas, como los diodos emisores de luz y los fotodetectores.
A diferencia de las células fotovoltaicas más comunes, que utilizan silicio cristalino para recoger la luz, las células fotovoltaicas orgánicas (OPV) se basan en una capa de moléculas de carbono que absorbe la luz. Aunque las OPV aún no pueden competir con el rendimiento de las células de silicio, podrían ser más fáciles y baratas de fabricar a gran escala mediante técnicas de impresión.
Cuando la luz entra en una célula fotovoltaica, su energía libera un electrón negativo y deja un hueco positivo, conocido como agujero. A continuación, distintos materiales reúnen los electrones y los huecos y los dirigen a distintos electrodos para generar una corriente eléctrica.
En las OPV, un material llamado PEDOT:PSS se utiliza ampliamente para facilitar la transferencia de los agujeros generados a un electrodo; sin embargo, el PEDOT:PSS es caro, ácido y puede degradar el rendimiento de la célula con el tiempo.
El equipo de la KAUST ha desarrollado ahora una alternativa mejor al PEDOT:PSS. Utilizan una capa mucho más fina de una molécula transportadora de huecos llamada Br-2PACz, que se une a un electrodo de óxido de indio y estaño (ITO) para formar una capa de una sola molécula. La célula orgánica que utilizó Br-2PACz alcanzó una eficiencia de conversión de energía del 18,4 por ciento, mientras que una célula equivalente que utilizó PEDOT:PSS sólo alcanzó el 17,5%.
Nos sorprendió mucho la mejora del rendimiento. Creemos que el Br-2PACz tiene el potencial de sustituir al PEDOT:PSS debido a su bajo coste y alto rendimiento.
Yuanbao Lin
El Br-2PACz aumentó la eficiencia de la célula de varias maneras.
En comparación con su rival, provocó una menor resistencia eléctrica, mejoró el transporte de agujeros y permitió que pasara más luz a la capa absorbente. El Br-2PACz también mejoró la estructura de la propia capa absorbente de luz, un efecto que puede estar relacionado con el proceso de recubrimiento.
El recubrimiento podría incluso mejorar la capacidad de reciclaje de la célula solar.
Los investigadores descubrieron que el electrodo ITO podía retirarse de la célula, despojarse de su recubrimiento y reutilizarse como si fuera nuevo.
Por el contrario, el PEDOT:PSS hace más áspera la superficie del ITO, por lo que su rendimiento es menor si se reutiliza en otra célula.
Anticipamos que esto tendrá un impacto dramático tanto en la economía de las OPV como en el medio ambiente.
Thomas Anthopoulos.
Más información: chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com
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