Fotovoltaica dopada
El tinte orgánico en la capa intermedia de óxido metálico mejora el rendimiento de las células solares orgánicas
Las células solares orgánicas se componen de materiales baratos y son fáciles de fabricar. Sin embargo, en términos de eficiencia y estabilidad, siguen estando muy por detrás de las células solares de silicio. Un equipo de científicos germano-chino ha encontrado la manera de hacer que las células solares orgánicas sean más conductivas y, por lo tanto, también más eficientes. Dopando la capa de óxido metálico entre el electrodo y la capa activa con un colorante orgánico especialmente preparado, aumentaron tanto la eficiencia como la estabilidad, escriben en la revista Angewandte Chemie.
© Wiley-VCH; Angewandte Chemie
Las células solares orgánicas convierten la luz en electricidad. El corazón de las células es la capa activa, que consiste en moléculas orgánicas especialmente desarrolladas. Aquí se producen los electrones y los agujeros, las contrapartes positivas de los electrones. Los portadores de carga migran a los electrodos y forman la corriente eléctrica. Un problema fundamental en la construcción de células solares orgánicas es la coordinación exacta de los materiales individuales. Los electrodos son inorgánicos, pero la capa activa es orgánica. En muchas células solares orgánicas, las capas intermedias de óxido metálico conectan los materiales. Pero su conductividad no suele ser óptima.
Los equipos de Frank Würthner de la Universidad de Würzburg y Zengqi Xie de la Universidad Tecnológica del Sur de China en Guangzhou intentaron ahora hacer que la capa de óxido de zinc entre el electrodo negativo y la capa activa fuera ligeramente más orgánica y conductora bajo la luz. Esto debería reducir la resistencia de contacto bajo la luz del sol. Los científicos prepararon un tinte orgánico para formar complejos estables con iones de zinc ubicados en la capa de óxido de zinc. Este tinte modificado, llamado Hydroxy-PBI, puede incluso alimentar electrones en la capa de óxido de zinc bajo la luz solar, lo que aumenta su conductividad.
Los científicos entonces ensamblaron la célula solar orgánica. Consistía en un electrodo de vidrio de óxido de estaño e indio, la capa de óxido de zinc dopada con PBI, la capa activa de un polímero como donante de electrones y una molécula orgánica como aceptante, otra capa intermedia de óxido de metal y un electrodo de aluminio como electrodo positivo. Esta estructura, la llamada arquitectura de heterounión de masa invertida, corresponde a la de una célula solar orgánica moderna y de alto rendimiento con una eficiencia de hasta el 15 por ciento en condiciones óptimas.
La dotación era ventajosa en varios aspectos. Dependiendo del colorante - los científicos probaron varios colorantes con estructuras ligeramente diferentes - la eficiencia alcanzó casi el 16 por ciento. Y también la capa intermedia de óxido de zinc se había vuelto obviamente más estable debido al dopaje. Según los autores, el factor decisivo para el progreso fue la modificación del colorante PBI a hidroxi-PBI, ya que sólo esta forma podía entrar en el complejo sólido con iones de zinc. Sólo entonces surgió una estructura híbrida inorgánica-orgánica estable, que mediaba mejor el contacto con el material activo.
Los autores tienen previsto ampliar el proceso a otras capas intermedias y, por ejemplo, a la tecnología OLED.
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