Las células solares orgánicas (OSC), alternativas prometedoras a las células solares inorgánicas tradicionales, tienen muchas propiedades que las convierten en actores clave en un futuro verde. Una de estas características es la química sintonizable, que permite a los científicos ajustar o cambiar con precisión las propiedades de los sistemas químicos para lograr los resultados deseados. Ahora, investigadores japoneses los han ajustado para aumentar la eficiencia de conversión de energía.
En un estudio publicado recientemente, el Dr. Edición Internacional de Química Aplicada, Investigadores de la Universidad de Osaka han informado sobre un nuevo semiconductor orgánico que ofrece una mejor eficiencia de conversión de energía que el estándar aceptado.
OSC es ligero y flexible y puede producirse en grandes cantidades a un coste relativamente bajo. Por lo tanto, son muy prometedores para aplicaciones como la agrivoltaica, donde se utilizan simultáneamente grandes extensiones de tierra para cultivar y convertir la energía del sol en electricidad.
Normalmente, los OSC constan de dos semiconductores orgánicos, uno para transportar portadores de carga conocidos como electrones (aceptores) y otro para transportar otros portadores conocidos como huecos (donantes). Una corriente fluye en un semiconductor cuando los excitones (combinaciones de un electrón y un hueco positivo) se dividen en portadores que forman pares electrón-hueco. Los excitones están estrechamente unidos, pero la luz solar con suficiente energía puede separarlos y crear una corriente.
“Reducir la cantidad de energía necesaria para romper un excitón (la energía de unión del excitón) hace que sea más fácil convertir la luz en la corriente deseada”, explica Sehou Jinai, autor principal del estudio. “Así que nos centramos en los factores que contribuyen a la energía de enlace, uno de los cuales es la distancia entre el electrón y el hueco. Si aumenta, la energía de enlace debería disminuir”.
Por tanto, los investigadores diseñaron una molécula con unidades laterales que tienen el efecto de separar las partes de la molécula que alojan electrones y huecos. La molécula sintetizada se usó como aceptor en un OSC de heterounión masiva con un material donante y el sistema mostró una mayor eficiencia de conversión de energía en comparación con los valores aceptados. La molécula también se probó como un componente único de un OSC y mostró una mejor conversión de luz en corriente.
“La molécula que diseñamos muestra que la naturaleza de las unidades secundarias en la molécula aceptora es clave para el comportamiento del excitón y, en consecuencia, para su función”, dijo el autor principal Yutaka I. “Este resultado proporciona una demostración importante de lo que se puede lograr ajustando la química para aplicaciones OSC”.
Los resultados indican el potencial de diseño racional de los semiconductores orgánicos y se espera que conduzcan a nuevos dispositivos, incluidos OSC de alto rendimiento y OSC transparentes con longitud de onda selectiva. También se espera que las mejoras generales en el rendimiento aumenten el potencial de los OSC en aplicaciones fotovoltaicas a gran escala, lo que naturalmente conducirá a opciones de energía más ecológicas.