Las células solares orgánicas podrían ser mucho más eficientes
Colorantes turbocompresores: los colorantes orgánicos aceleran el transporte de la energía solar tamponada
El sol envía enormes cantidades de energía a la Tierra. Sin embargo, parte de ella se pierde en las células solares. Esto supone un obstáculo en el uso de células solares orgánicas, sobre todo para las viables en aplicaciones innovadoras. Un factor clave para aumentar su rendimiento: La mejora del transporte de la energía solar almacenada dentro del material. Ahora, un grupo de investigación de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) ha demostrado que ciertos colorantes orgánicos pueden ayudar a construir autopistas virtuales para la energía.
El profesor Frank Ortmann (derecha) y Maximilian Dorfner discuten cómo moléculas específicas pueden aumentar la eficiencia de las células solares orgánicas.
S. Reiffert / TUM
Las células solares orgánicas son captadores de energía ligeros y extremadamente finos, y como recubrimiento flexible se adaptan perfectamente a casi cualquier superficie: Las células solares basadas en semiconductores orgánicos abren un abanico de posibilidades de aplicación, por ejemplo, como paneles solares y láminas que se pueden enrollar, o para su uso en dispositivos inteligentes. Pero una desventaja en muchas aplicaciones es el transporte comparativamente deficiente de la energía recogida dentro del material. Los investigadores están estudiando los procesos de transporte elemental de las células solares orgánicas para encontrar formas de mejorar este transporte.
Estimular la luz solar
Uno de estos investigadores es Frank Ortmann, catedrático de Métodos Teóricos en Espectroscopia de la TUM. Él y sus colegas de Dresde se centran sobre todo en la interacción mutua entre la luz y el material, especialmente en el comportamiento de los llamados excitones. "Los excitones son algo así como el combustible del sol, que debe utilizarse de forma óptima", explica Ortmann, que también es miembro del Cluster de Excelencia "e-conversion". "Cuando la energía luminosa en forma de fotón choca con el material de una célula solar, es absorbida y amortiguada como un estado excitado. Este estado intermedio se denomina excitón". Estas cargas no pueden utilizarse como energía eléctrica hasta que alcanzan una interfaz especialmente diseñada. Ortmann y su equipo han demostrado ahora que es posible crear lo que se conoce como autopistas de transporte de excitones utilizando tintes orgánicos.
Tintes turbocargadores
La razón por la que es tan importante que los excitones alcancen esta interfaz lo antes posible tiene que ver con su corta vida útil. "Cuanto más rápido y selectivo sea el transporte, mayor será el rendimiento energético y, por tanto, la eficiencia de la célula solar", afirma Ortmann. Las moléculas de los colorantes orgánicos, denominados merocianinas quinoides, lo hacen posible gracias a su estructura química y a su excelente capacidad para absorber la luz visible. Por consiguiente, también son adecuados para su uso como capa activa en una célula solar orgánica, explica Ortmann.
Paquetes de energía por la vía rápida
Mediante mediciones espectroscópicas y modelos, los investigadores pudieron observar cómo los excitones corrían a toda velocidad por las moléculas de colorante. "El valor de 1,33 electronvoltios que proporciona nuestro diseño es muy superior al de los semiconductores orgánicos; podría decirse que las moléculas de colorante orgánico forman una especie de superautopista", añade Ortmann. Estos nuevos descubrimientos fundamentales podrían allanar el camino hacia un transporte de excitones más eficiente y selectivo en la materia sólida orgánica, acelerando el desarrollo de células solares orgánicas y diodos orgánicos emisores de luz con un rendimiento aún mayor.
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