Las células solares orgánicas enfrentan un desafío de eficiencia debido al flujo de corriente lento, muestran los investigadores

Características de corriente -voltaje de una célula solar con y sin resistencia al transporte, con las áreas sombreadas que indican la máxima potencia de salida. Crédito: Materiales de energía avanzada (2025). Doi: 10.1002/aenm.202405889

Investigadores del Presidente de la óptica y la fotónica de la materia condensada dirigida por el Prof. Dr. Carsten Deibel de la Universidad de Tecnología de Chemnitz y otras instituciones asociadas actualmente están trabajando en células solares hechas de nuevos semiconductores orgánicos que se pueden producir utilizando procesos de impresión establecidos. Los científicos están colaborando interdisciplinalmente para comprender fundamentalmente estas células fotovoltaicas para mejorarlas aún más.

“Las células solares orgánicas se pueden producir de manera muy fácil y económica utilizando procesos de impresión”, dice Deibel. Sin embargo, en contraste con los módulos solares establecidos hechos de silicio cristalino, el flujo de corriente en las células solares orgánicas es muy lento.

“Debido a la producción de las células solares a partir de un tipo de tinta, las capas orgánicas que absorben la luz están muy desordenadas. Por lo tanto, el flujo de corriente es muy lento”, explica Deibel. Una consecuencia del lento transporte de electrones y agujeros generados por la luz es la llamada resistencia al transporte, lo que reduce el factor de relleno de las células solares y, por lo tanto, la potencia.

Comprensión más profunda: la resistencia al transporte limita el rendimiento de las células solares orgánicas

Para comprender mejor las características de rendimiento de las células solares orgánicas, Deibel y su asistente científica Maria Waledina han producido e investigado a fondo diferentes tipos de células solares orgánicas y descubrieron la influencia negativa de la resistencia al transporte. Se midieron las características de voltaje de corriente bajo iluminación, que resultan de la interacción de la generación de carga por luz, recombinación de electrones y agujeros y transporte de carga. Contienen información sobre la eficiencia energética de las células solares.

Estas mediciones se compararon con el llamado método SUNS-VOC, que permite la construcción de una curva alternativa de voltaje de corriente que no está limitada por pérdidas de transporte de carga, como la resistencia al transporte. “La resistencia al transporte es el resultado de los portadores de carga lenta en las células solares desordenadas procesadas de la tinta orgánica. Por lo tanto, los portadores de carga se ponen a su manera y conducen a una pérdida de factor de relleno y, por lo tanto, la energía”, dice Stadetina.

Los resultados de la investigación se publicaron en informes sobre progreso en física. Aunque la optimización de las células solares orgánicas debe reevaluarse debido a estos nuevos resultados, no existe un obstáculo fundamental para producir células solares orgánicas altamente eficientes e impresas.

En un artículo en perspectiva publicado en la revista Advanced Energy Materials, escrito por Chen Wang, Deibel y Saladina junto con coautores de varias universidades alemanas, el origen físico de la resistencia al transporte y su importancia para las células solares se explica en detalle.

“En los últimos años, el transporte de cargos se ha mejorado continuamente sin que la comunidad de investigación conozca la relación exacta entre las pérdidas de factores de relleno y la resistencia al transporte”, dice Deibel.

Saladina agrega: “Además de la recombinación, la resistencia al transporte también está determinada por la forma de la densidad de los estados de las células solares orgánicas. Esto muestra que estamos, paso a paso, entendiendo los fundamentos físicos de estos dispositivos fotovoltaicos cada vez mejor”.

Estos resultados se han logrado en el marco de la unidad de investigación DFG popular, que continúa trabajando en la comprensión y la mejora de las células solares orgánicas impresas.

Más información: Maria Saladina et al, retroceso de resistencia al transporte: revelar su impacto en las pérdidas de factores de relleno en células solares orgánicas, informes sobre el progreso en la física (2025). Doi: 10.1088/1361-6633/adb20c

Chen Wang et al, la resistencia al transporte domina las pérdidas de factores de relleno en células solares orgánicas récord, materiales energéticos avanzados (2025). Doi: 10.1002/aenm.202405889

Proporcionado por la Universidad Tecnológica de Chemnitz

Cita: las células solares orgánicas enfrentan un desafío de eficiencia debido al flujo de corriente lento, según muestran los investigadores (2025, 31 de marzo) recuperados el 31 de marzo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-03-solar-cells-eficience-due-current.html

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