Descubriendo el secreto del éxito de las células solares de polímeros ternarios

(Noticias de Nanowerk) Sin duda, las células solares desempeñarán un papel importante en un futuro energético sostenible. Las células solares poliméricas (PSC), en particular, representan una excelente opción, ya que su fabricación es económica y pueden ser tanto flexibles como semitransparentes. Las células solares de polímero ternario muestran eficiencias de conversión de energía alentadoras, pero no siempre está claro por qué.

Ahora, investigadores de la Universidad de Tsukuba y la Universidad de Hiroshima han analizado más de cerca las PSC en funcionamiento. Tus resultados serán publicados en npj Electrónica flexible («Mecanismo de mejora de la estabilidad a través de una menor acumulación de carga en células solares de polímeros ternarios»).

Los PSC generalmente contienen un material que es el semiconductor de tipo p mezclado con uno que es el semiconductor de tipo n. Esta mezcla da la combinación correcta de portadores de carga (huecos y electrones) para que fluya una corriente cuando la luz del sol incide sobre la celda.

Las mezclas de estos dos componentes se conocen como PSC binarios. Sin embargo, recientemente se descubrió que agregar un ingrediente adicional a la mezcla, lo que da como resultado el llamado PSC ternario, puede mejorar la eficiencia de conversión de energía (PCE) y la estabilidad de la celda solar. El problema es que nadie ha investigado a fondo por qué hasta ahora.

Por lo tanto, los investigadores realizaron espectroscopia de resonancia paramagnética de electrones (ESR) mientras el PSC estaba en funcionamiento. Esto les permitió observar el comportamiento de los electrones y huecos cuando la célula era irradiada con luz solar y obtener respuestas a nivel molecular.

«Se ha informado que la acumulación de carga a lo largo del tiempo contribuye al deterioro del rendimiento de la celda», explica el autor del estudio, el profesor Itaru Osaka, y el corresponsal del estudio, el profesor Kazuhiro Marumoto. “Por lo tanto, usamos ESR para observar un sistema compuesto por el polímero PTzBT y la molécula grande PC61b.m. Se descubrió que agregar una molécula aceptora conocida como ITIC a este sistema mejoró la PCE y la estabilidad celular, por lo que observamos de cerca las células con y sin ITIC para averiguar por qué”.

El experimento de espectroscopia ESR mostró que la corriente de cortocircuito disminuyó debido a la acumulación de electrones en la PC61BM y agujeros en PtzBT. Se encontró que la adición de ITIC reduce esta acumulación al mejorar la orientación de las moléculas de polímero en forma de cadena de PTzBT en la capa activa.

«Comprender por qué algo funciona es importante para garantizar que los efectos funcionen en todo su potencial», dice el autor correspondiente del estudio, el profesor Kazuhiro Marumoto. «Al obtener una imagen a nivel molecular del impacto de ITIC en un sistema PSC muy prometedor, creemos que estamos un paso más cerca de la realidad comercial de las células solares poliméricas como parte de un futuro más verde».