La mecánica cuántica puede usarse para fabricar células solares orgánicas más estables y fáciles de producir. Estos son los resultados de una nueva investigación en la Universidad de Gotemburgo.
Las células solares orgánicas tienen muchas ventajas en comparación con las tradicionales de silicio. Pueden fabricarse a gran escala y de forma barata mediante prensas de impresión, y son ligeras, maleables y flexibles.
El problema es que las células solares orgánicas actuales no son tan estables y eficaces como las de silicio. En un nuevo estudio, un grupo de investigación ha abordado este problema y ha encontrado una forma que puede conducir a una tecnología de células solares más rentable.
Existen excelentes oportunidades para usar las eficiencias cuánticas para cambiar diferentes características químicas y materiales. En este estudio, presentamos un método que permite aumentar la difusión de energía en los materiales orgánicos. Esto nos permite crear células solares orgánicas con una estructura más sencilla.
Karl Börjesson, profesor de química física de la Universidad de Gotemburgo y autor principal del estudio.
Acoplar la materia y la luz.
Básicamente, se trata de conseguir que la energía de las células solares se transfiera eficazmente al lugar adecuado. Las células solares orgánicas contienen dos materiales, y la energía absorbida por el sol tiene que difundirse -viajar- hasta la interfaz entre los materiales.
Pero la difusión es un proceso ineficaz, ya que la energía viaja lentamente y corre el riesgo de perderse en forma de calor antes de llegar a esta interfaz.
La solución ha sido mezclar los dos materiales en las células solares para reducir la distancia y que la energía llegue más rápidamente a la interfaz. Por desgracia, esto también hace que las células solares no estén en equilibrio termodinámico, lo que hace que el diseño sea menos duradero en el tiempo de lo que podría ser.
Los investigadores demuestran que el nuevo método permite transferir la energía a una distancia mayor, lo que significa que se puede evitar la complicada mezcla de materiales en las células solares. La clave del método son los efectos cuánticos, en los que la luz y el material se combinan en estados híbridos de luz y materia.
Cuando acoplamos sólidamente la luz y la materia, la energía se reparte por todo el sistema. Si el sistema -como en este caso- está formado por múltiples materiales, la energía puede canalizarse hacia la interfaz. En el estudio demostramos que la energía viaja más rápido hacia las interfaces cuando los materiales están fuertemente acoplados. Esto significa que los materiales de las células solares no necesitan mezclarse físicamente, ya que se mezclan a nivel cuántico. Esto también hace que el sistema esté en equilibrio termodinámico.
Karl Börjesson.
Células solares con una sencilla estructura de capas.
Según Börjesson, el descubrimiento puede influir en la fabricación de células solares orgánicas, ya que es posible aumentar su durabilidad y las células solares pueden fabricarse con una estructura de capas sencilla. También señala que la investigación es en realidad una evolución de un concepto que ya se encuentra en la naturaleza.
La naturaleza usa un fuerte acoplamiento entre moléculas para transferir eficazmente la energía solar en la fotosíntesis. En principio, hemos demostrado que el mismo concepto básico puede aplicarse a las células solares orgánicas.
Karl Börjesson.
Más información: www.nature.com
Vía www.gu.se
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