Investigadores de la Universidad Politécnica de Hong Kong (PolyU) han logrado una eficiencia de conversión de energía revolucionaria del 19,31 % con células solares orgánicas, también conocidas como células solares poliméricas. Esta notable eficiencia con células orgánicas ayudará a mejorar las aplicaciones de estos dispositivos avanzados de energía solar.
La eficiencia, una medida de la energía generada a partir de una irradiación solar determinada, se considera un punto de referencia importante para el rendimiento de la energía fotovoltaica, o paneles solares, en la generación de energía. La eficiencia mejorada de más del 19% que lograron los investigadores de PolyU constituye un récord para las células solares orgánicas binarias, que tienen un donante y un aceptor en la capa fotoactiva.
Dirigido por el Prof. LI Gang, Catedrático de Tecnología de Conversión de Energía y Sir Sze-Yen Chung, profesor dotado de Energía Renovable en PolyU, el equipo de investigación inventó una nueva técnica de regulación de la morfología de estas células mediante el uso de 1,3,5-triclorobenceno como cristalización. Esta nueva técnica aumenta la eficiencia y la estabilidad de las células orgánicas..
Manipulación
El equipo desarrolló una estrategia de manipulación de estado intermedio no monótona para manipular la morfología de las células de heterounión masiva y optimizar simultáneamente la dinámica de cristalización y la pérdida de energía de las células 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 promueve la formación de un apilamiento molecular más ordenado y una agregación molecular favorable. Como resultado, la eficiencia aumentó considerablemente y se redujo la pérdida por recombinación no radiativa indeseable. En particular, la recombinación no radiativa reduce la eficiencia de generación de luz y aumenta la pérdida de calor.
Los hallazgos del equipo de investigación se describen en el estudio "19.3% Binary Organic Solar Cell and Low Non-Radiative Recombination Enabled by Non-Monotonic Intermediate State Transition" publicado en Nature Communications.
Estrategia
La conversión de la energía solar en electricidad es una tecnología fundamental para conseguir un medio ambiente sostenible. Aunque las células son dispositivos prometedores que aprovechan la energía solar de manera rentable, su eficiencia debe mejorarse si se van a utilizar ampliamente en aplicaciones prácticas.
El profesor Li dijo: "Los desafíos en la investigación provinieron de los métodos de control de morfología de referencia basados en aditivos existentes, que sufren una 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 idear una estrategia no monotónica para aumentar la eficiencia de las células solares y reducir la pérdida por recombinación no radiativa. La publicación del estudio promete impulsar la investigación de estas células orgánicas.
"El nuevo hallazgo hará que la investigación de OSC sea un campo emocionante, y esto probablemente creará enormes oportunidades en aplicaciones como la electrónica portátil y los fotovoltaicos integrados en edificios", ha dicho el profesor Li.
La nueva puerta se abrirá cuando las células de unión simple de bajo costo puedan lograr una eficiencia 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.
Jeremías
03/06/2023