Técnica de amortiguación de doctores de alta velocidad para células solares orgánicas eficientes. Este diagrama ilustra los materiales utilizados en el proceso de cuchilla de médico de alta velocidad para células solares orgánicas (OSC). Los solventes no halogenados O-xileno (O-XY) y el tolueno (TOL) se emplean a bajas concentraciones de solución, lo que permite la fabricación de OSC de alta eficiencia. La estructura resultante incluye capas de AG, PDINN, PM6-L8-BO, PEDOT: PSS, ITO y vidrio, que conducen a una célula solar escalable y ambientalmente sostenible con un rendimiento mejorado. Crédito: Journal of Central South University
En un avance reciente, los investigadores han desarrollado una técnica de alivio de doctores de alta velocidad que mejora la eficiencia de las células solares orgánicas (OSC) mientras usan solventes ecológicos no halogenados.
Este método innovador no solo aborda los desafíos ambientales y de escalabilidad de los solventes tradicionales, como el cloroformo, sino que también logra impresionantes eficiencias de conversión de energía (PCE) de 18.20% y 17.36% con solventes verdes como O-xileno y tolueno, respectivamente. Con una eficiencia del módulo del 16.07%, este avance prepara el escenario para una fabricación de OSC más sostenible y a gran escala.
Las células solares orgánicas (OSC) son aclamadas por su diseño ligero y flexible y su potencial de producción de bajo costo y rollo. Sin embargo, el uso generalizado de solventes halogenados, incluido el cloroformo, ha expresado preocupaciones debido a sus riesgos ambientales y de salud.
Estos solventes también limitan la escalabilidad, ya que requieren altas concentraciones y ventanas de procesamiento estrechas que complican la producción a gran escala. Si bien los solventes verdes no halogenados se han considerado una alternativa más segura, su menor solubilidad y su morfología de la película subóptima han obstaculizado históricamente el rendimiento del dispositivo. Esto ha creado una necesidad significativa de nuevos métodos de fabricación que puedan optimizar los solventes verdes sin sacrificar la eficiencia.
Publicado en el Journal of Central South University, un equipo de investigación introdujo un método de palo médico de alta velocidad que supera estos desafíos. La técnica reduce la concentración de solución necesaria para los OSC, lo que permite el uso de solventes ecológicos como O-xileno y tolueno sin comprometer la eficiencia. El equipo demostró una notable eficiencia del módulo de 16.07% utilizando O-xileno, mostrando el potencial de producción OSC más verde y escalable.
Al emplear la técnica de cuchilla de médico de alta velocidad a 70 mm/s, los investigadores redujeron la concentración de la solución a solo 8.8 mg/ml, significativamente más bajas que los 15.4 mg/ml requeridos para los métodos tradicionales de recubrimiento por giro. Esto permitió el uso de solventes no halogenados, que son más sostenibles ambientalmente.
Los resultados fueron sorprendentes, con los dispositivos procesados con o-xileno logrando un PCE de 18.20%, superando la eficiencia del 17.36% de los dispositivos procesados por tolueno. El tiempo de transición líquido a sólido más largo de 6 segundos con O-xileno, en comparación con solo 1.7 segundos con tolueno, jugó un papel fundamental en la mejora de la cristalinidad de la película, la reducción de los defectos y el aumento de la movilidad portadora.
El análisis morfológico confirmó que las películas procesadas por O-xileno exhibieron un empaquetado molecular y cristalinidad superiores, lo que contribuyó a la mayor eficiencia. Además, la escalabilidad de la técnica se demostró con el logro exitoso de una eficiencia del módulo del 16.07%.
El Dr. Jun-Liang Yang, el autor correspondiente del estudio, enfatizó la importancia de los hallazgos del equipo. “Este estudio representa un salto significativo hacia adelante en el campo de los fotovoltaicos orgánicos”, dijo. “Al desarrollar una técnica de amortiguación médica de alta velocidad que funcione con solventes no halogenados, no solo hemos mejorado la eficiencia de las células solares orgánicas, sino que también las hizo más sostenibles y escalables para aplicaciones industriales”.
El desarrollo de esta técnica de amante de la alta velocidad ofrece una solución prometedora para la producción en masa de células solares orgánicas que utilizan solventes verdes, abordando tanto las preocupaciones ambientales como los desafíos de escalabilidad. Esta innovación tiene el potencial de reducir significativamente la huella de carbono de la fabricación de células solares al tiempo que mantiene una alta eficiencia.
Con la eficiencia del módulo que excede el 16% con solventes no halogenados, esta tecnología es muy prometedora para una variedad de aplicaciones comerciales, incluidos paneles solares flexibles y livianos para productos electrónicos portátiles, fotovoltaicos integrados en edificios y granjas solares a gran escala. Esta investigación destaca el papel de los solventes verdes en el avance de las tecnologías de energía renovable e impulsar un futuro energético más sostenible.
Más información: Er-Ming Feng et al, PM6 de alta velocidad, palanca de doctores: células solares orgánicas L8-BO de solvente verde no halogenado con una eficiencia del módulo de 16.07%, Journal of Central South University (2025). Doi: 10.1007/s11771-024-5718-0
Proporcionado por la Universidad Central South
Cita: Innovación de solventes verdes: la eficiencia de células solares orgánicas de alivio de alta velocidad (28 de marzo, 28 de marzo) Recuperado el 28 de marzo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-03-green-solvent-high-doctor-blading.html
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