células solares

Fuente: CC0 dominio público

Un recubrimiento del electrodo tan delgado como una partícula puede mejorar significativamente el rendimiento de una célula fotovoltaica orgánica, encontraron científicos del proyecto KAUST. El recubrimiento supera al material líder que se utiliza actualmente para esta tarea y podría allanar el camino para mejoras en otros dispositivos que dependen de moléculas orgánicas como los diodos emisores de luz y los fotodetectores.

A diferencia de las células solares más populares que utilizan silicio cristalino Las células fotovoltaicas orgánicas (OPV) se basan en una capa de moléculas a base de carbono que absorbe la luz para recoger la luz. Aunque las OPV aún no pueden competir con el rendimiento del silicio células, podría ser más fácil y económico de producir a gran escala utilizando técnicas de impresión.

Cuando la luz entra en una celda fotovoltaica, su energía libera un electrón negativo y deja un espacio positivo llamado agujero. Luego, diferentes materiales recolectan electrones y huecos y los dirigen a diferentes electrodos para generar corriente eléctrica. En OPV, un material llamado PEDOT: PSS se usa ampliamente para facilitar la transferencia de los agujeros generados al electrodo; sin embargo, PEDOT: PSS es caro, ácido y puede degradar el rendimiento de la celda con el tiempo.

El equipo de KAUST ha desarrollado ahora una mejor alternativa a PEDOT: PSS. Usan una capa mucho más delgada de una molécula de transporte de huecos llamada Br-2PAC, que está relacionado con óxido de indio y estaño (ITO) para formar una capa monomolecular. Célula orgánica usando Br-2PAC ha alcanzado un eficiencia de conversión de energía 18,4%, mientras que la celda equivalente con PEDOT: PSS solo alcanzó el 17,5%.

«Nos sorprendieron mucho las mejoras de rendimiento», dice el Dr. Yuanbao Lin. estudiante y miembro del equipo. «Creemos que el Hno.-2PACz tiene el potencial de reemplazar a PEDOT: PSS debido a su bajo costo y alta eficiencia «.

Br-2PAC aumentó la eficiencia de la celda de varias formas. Comparado con su rival, hizo menos resistencia eléctrica, mejoró el transporte a través de los orificios y permitió que pasara más luz a través de la capa absorbente. Br-2PACz también mejoró la estructura de la propia capa absorbente de luz, lo que puede estar relacionado con el proceso de recubrimiento.

El revestimiento puede incluso mejorar la reciclabilidad de la célula solar. Los científicos descubrieron que el electrodo ITO se podía quitar de la celda, quitar su revestimiento y luego reutilizar como si fuera nuevo. Por el contrario, PEDOT: PSS raspa la superficie ITO para que tenga un rendimiento deficiente si se reutiliza en otra celda. «Anticipamos que esto tendrá un impacto dramático tanto en la economía de la OPV como en el medio ambiente», dice Thomas Anthopoulos, quien dirigió la investigación.


La opción escamosa mejora las células solares orgánicas.

Más información:
Yuanbao Lin et al., 18,4% de células solares orgánicas que utilizan una monocapa autoensamblada con alta energía de ionización como capa intermedia para la extracción de agujeros, ChemSusChem (2021). DOI: 10.1002 / cssc.202100707

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