Profe. Li Gang inventó una técnica novedosa para lograr una eficiencia revolucionaria utilizando células solares orgánicas. Fuente: Universidad Politécnica de Hong Kong
Investigadores de la Universidad Politécnica de Hong Kong (PolyU) han logrado una eficiencia de conversión de energía (PCE) revolucionaria del 19,31 % con células solares orgánicas (OSC), también conocidas como células solares poliméricas. Este notable rendimiento de OSC binario ayudará a mejorar las aplicaciones de estos dispositivos solares avanzados.
PCE, una medida de la energía generada a partir de una radiación solar determinada, se considera un punto de referencia importante para la eficiencia de la energía fotovoltaica (PV) o paneles solares en la generación de energía. La eficiencia mejorada de más del 19% lograda por los investigadores de PolyU es un récord para los OSC binarios que tienen un donante y un aceptor en la capa fotoactiva.
El equipo de investigación, dirigido por el Profesor Li Gang, Profesor de Tecnología de Conversión de Energía, y el Profesor Sir Sze-Yen Chung en Energía Renovable en PolyU, inventó una técnica novedosa para regular la morfología de las OSC, usando 1,3,5-triclorobenceno como el sustancia cristalizante del regulador. Esta nueva técnica aumenta el rendimiento y la estabilidad de OSC.
El equipo desarrolló una estrategia de manipulación de estado intermedio (ISM) no monotónica para manipular la morfología de OSC de heterounión de masa (BHJ) mientras optimizaba la dinámica de cristalización y la pérdida de energía de OSC sin fullereno. A diferencia de la estrategia de usar aditivos de solventes tradicionales, que se basa en una agregación molecular excesiva en las películas, la estrategia ISM promueve la formación de un apilamiento molecular más ordenado y una agregación molecular favorable. Como resultado, la PCE aumentó significativamente y se redujo la pérdida de recombinación no radiativa no deseada. Vale la pena señalar que la recombinación no radiativa reduce la eficiencia de la producción de luz y aumenta la pérdida de calor.
Los hallazgos del equipo de investigación se informan en un estudio de “19,3% de células solares orgánicas binarias y recombinación no radiativa baja habilitada por transición de estado intermedio no monotónico” publicado en comunicación de la naturaleza. La conversión de la energía solar en electricidad es una tecnología imprescindible para conseguir un entorno sostenible. Aunque los OSC son dispositivos prometedores que explotan la energía solar de manera rentable, es necesario aumentar su eficiencia si se quiere que se utilicen ampliamente en aplicaciones prácticas.
El profesor Li dijo: “Los desafíos en la investigación se deben a los métodos de control de morfología de referencia basados en aditivos existentes que sufren pérdida de recombinación no radiativa, lo que reduce el voltaje de circuito abierto debido a la agregación excesiva”. El equipo de investigación tardó unos dos años en desarrollar una estrategia ISM no monotónica para aumentar la eficiencia de OSC y reducir las pérdidas por recombinación no radiativa. La publicación de los resultados de la investigación pretende estimular la investigación sobre la OSC.
Profe. Li dijo: “El nuevo descubrimiento hará que la investigación de OSC sea un campo emocionante, que probablemente creará grandes oportunidades en aplicaciones como la electrónica portátil y la energía fotovoltaica integrada en edificios”. Se abrirá una nueva puerta cuando los OSC de unión simple de bajo costo puedan lograr PCE de más del 20 %, junto con un rendimiento más estable y otras ventajas únicas como flexibilidad, transparencia, capacidad de estiramiento, bajo peso y color ajustable.
Profe. Li ha sido honrado como Investigador Altamente Citado durante 9 años consecutivos desde 2014, un testimonio de su impacto significativo en la investigación global. Sus contribuciones pioneras a la investigación de células solares poliméricas desde 2005 han tenido un impacto duradero en el desarrollo de la energía solar imprimible y han ganado reconocimiento mundial.
Profe. Li dijo: “El último estudio muestra una pérdida de recombinación no radiativa baja récord de 0,168 eV en OSC binario con una PCE de más del 19 %. Este es un resultado muy alentador para la investigación a largo plazo sobre OSC que he estado realizando durante las últimas dos décadas. Ya hemos logrado un rendimiento OSC mejorado, lo que ayudará a acelerar las aplicaciones de energía solar en el futuro”.
Más información:
Jiehao Fu et al., 19,31 % de células solares orgánicas binarias y baja recombinación no radiativa habilitada por una transición de estado intermedio no monótona, comunicación de la naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-37526-5