Los científicos mapean cómo fluye la energía en las células solares orgánicas


17 de mayo de 2022

(Noticias de Nanowerk) Se requieren células solares eficientes y respetuosas con el medio ambiente para la transición a un suministro de energía libre de combustibles fósiles. Investigadores de la Universidad de Linköping han mapeado flujos de energía previamente desconocidos en células solares orgánicas.

Los resultados, que pueden contribuir a células solares más eficientes, se publican en comunicación de la naturaleza («Mapeo de la alineación del nivel de energía en las interfaces donante/aceptor en células solares orgánicas sin fullereno»).

“Para poder explotar todo el potencial de las células solares orgánicas, se necesita una imagen clara de cómo funcionan. Ahora hemos recibido esta imagen. Esto permite una mejor comprensión de cómo se pueden producir nuevos materiales de células solares eficientes y sostenibles”, dice Mats Fahlman, profesor del Laboratorio de Electrónica Orgánica de la Universidad de Linköping.

Hoy en día, la energía solar cubre alrededor del dos por ciento de las necesidades energéticas del mundo. Pero su potencial va mucho más allá. La energía contenida en los rayos del sol es más que suficiente para satisfacer nuestras necesidades actuales y futuras. Para tener éxito, necesita células solares que sean baratas y respetuosas con el medio ambiente para producir. Además, deben absorber eficientemente gran parte de los rayos del sol y convertirlos en energía eléctrica.

Las células solares orgánicas basadas en semiconductores orgánicos se están desarrollando cada vez más como una opción sostenible. Pero hasta hace unos años, no podían competir con las células solares convencionales basadas en silicio en términos de eficiencia. Esto se debió a la pérdida de energía en la separación de carga, que se pensó que era inevitable.

Pero en 2016, un equipo de investigación de la Universidad de Linköping, junto con colegas de Hong Kong, pudo demostrar que es posible evitar la pérdida de energía a través de varios materiales donantes-aceptores que ayudan al electrón a escapar de su agujero con mayor facilidad. Entonces se redujo la pérdida de energía y se incrementó la eficiencia. El problema era que nadie sabía exactamente cómo sucedió. Era posible ver que funcionaba, pero no por qué.

Algunos miembros del mismo equipo de investigación de la Universidad de Linköping ahora han resuelto el enigma que causó desacuerdos en esta área de investigación. En su nuevo estudio publicado en comunicación de la naturalezalos investigadores determinaron qué niveles de energía se requieren para minimizar las pérdidas de energía.

«Para descubrir cómo fluye la energía, colocamos láminas de semiconductores orgánicos de nanómetros de espesor en varias capas una encima de la otra, de forma similar a un pastel de fresa y crema. Luego medimos la energía requerida para separar los electrones de sus huecos en cada capa individual”, dice Xian’e Li, estudiante de doctorado en la Universidad de Linköping y autora principal del artículo científico.

Luego, los investigadores pudieron mapear el mecanismo detrás de la separación de carga de eficiencia energética. Este mapeo sistemático señala una nueva vía para el desarrollo de células solares orgánicas.

Nota al pie: Las células solares orgánicas en el estudio son de un tipo en el que el aceptor de electrones está hecho de un material distinto al fullereno (una forma de carbono), que solía ser el material más utilizado. Las células orgánicas sin base de fullereno se vuelven más estables y pueden absorber una mayor proporción de los rayos del sol para convertirlos en energía.



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