Las células solares totalmente orgánicas logran la eficiencia récord al duplicar el rendimiento anterior
Ejemplo de daño a la capa inferior de una eliminación de células solares formadas a partir de películas multicapa al fabricar electrodos utilizando procesos de solución. Crédito: Universidad de Kanazawa
A medida que continúan los esfuerzos globales para combatir el cambio climático, la demanda de energía solar está creciendo. Sin embargo, dado que los paneles solares de silicio más utilizados actuales incluyen una variedad de sustancias peligrosas, su eliminación o reciclaje causa impacto ambiental e incurre en costos sustanciales.
El mismo problema es aplicable a las células solares de tipo película de próxima generación, como las células solares basadas en perovskita, ya que también contienen materiales potencialmente peligrosos, como compuestos de plomo y óxidos metálicos. Para evitar tales problemas en la eliminación y revelar fuentes de energía respetuosas con el medio ambiente, los científicos han buscado células solares de tipo cinematográfica compuestas completamente de materiales a base de carbono (células solares totalmente orgánicas).
Sin metales peligrosos, estos pueden incinerarse de manera segura como plásticos regulares, lo que reducirá significativamente los costos de impacto ambiental y eliminación. A pesar de estas ventajas, las células solares totalmente orgánicas actualmente logran una eficiencia de conversión de energía (PCE), aproximadamente el 4%como la máximo, que está muy por debajo de las de las células solares de silicio convencionales (> 27%) y las células solares de perovskita (> 26%). Por lo tanto, se necesitan avances tecnológicos intensivos para células solares totalmente orgánicas de alto rendimiento.
Masahiro Nakano, profesor asociado del Instituto de Ciencia e Ingeniería, Facultad de Química de la Universidad de Kanazawa, ha colaborado con científicos de Reiko Co., Ltd. y la Universidad de Queen en Kingston, Canadá, y ahora ha desarrollado con éxito las células solares todo orgánicas con la más alta eficiencia del mundo. Si bien el rendimiento de las células solares totalmente orgánicas anteriores se limitó a aproximadamente 4% de PCE, las células recientemente desarrolladas logran más del doble de la eficiencia de las versiones anteriores.
El trabajo se publica en la revista Advanced Functional Materials.
Ilustración de células solares totalmente orgánicas y eficiencias de conversión de energía de AOSC descritos en el presente estudio y informes anteriores. Crédito: Universidad de Kanazawa
Dos problemas principales habían obstaculizado previamente el rendimiento de las células solares totalmente orgánicas. Primero, la disponibilidad de materiales de electrodos transparentes orgánicos altamente conductores adecuados para células solares de tipo cinematográfico es limitada. Se habían informado algunos materiales orgánicos de alta conductividad, pero su preparación requería ácidos fuertes, bases o recocido de alta temperatura (> 150 ° C), lo que podría dañar las películas de sustrato orgánicos y las capas semiconductoras orgánicas.
Para superar esto, el equipo de investigación desarrolló un electrodo transparente basado en el polímero conductor PEDOT: PSS. El electrodo basado en PEDOT: PSS se puede fabricar a una temperatura más baja (80 ° C) sin usar ácidos o bases, y demuestra suficiente conductividad (resistencia a la lámina: <70 Ω/cuadrada) para células solares de tipo película.
El segundo problema es la dificultad de apilar múltiples capas en el dispositivo de células solares de tipo película sin dañar las capas subyacentes. En los procesos de solución, las tintas de la capa superior podrían causar daños a las capas inferiores. Para resolver este problema, los investigadores desarrollaron un método de laminación para un electrodo de nanotubo de carbono. Esta técnica implica formar electrodos por separado en las películas de barrera de las células solares y luego unirlos al dispositivo, evitando el daño a las películas orgánicas inferiores durante la fabricación de electrodos.
Método de laminación del electrodo de nanotubo de carbono. Crédito: Universidad de Kanazawa
Al combinar el nuevo método de fabricación y electrodo transparente orgánico, el equipo de investigación desarrolló con éxito células solares totalmente orgánicas con más del doble de la eficiencia de conversión de energía (8.7%) de los modelos anteriores (4.0%). Este avance representa un paso crucial hacia la aplicación práctica de células solares totalmente orgánicas de alto rendimiento.
Mirando hacia el futuro, las células solares totalmente orgánicas son muy prometedoras para aplicaciones en áreas ambientalmente sensibles, como tierras de cultivo y dispositivos portátiles. Su naturaleza liviana y flexible también permite la instalación en ubicaciones donde los paneles solares convencionales no serían prácticos. El equipo de investigación tiene como objetivo mejorar aún más el rendimiento mejorando la conductividad de los electrodos orgánicos.
Más información: Keiju Hashida et al, desbloqueando un alto rendimiento en células solares todo orgánicas mediante el desarrollo de electrodos orgánicos sin ácido y tratamiento de alta temperatura y la preparación efectiva de las mismas en películas de múltiples capas orgánicas, materiales funcionales avanzados (2025). Doi: 10.1002/adfm.202419813
Proporcionado por la Universidad de Kanazawa
Cita: las células solares totalmente orgánicas logran la eficiencia récord al duplicar el rendimiento anterior (2025, 28 de abril) recuperado el 28 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-solar-cells-eficience-Previous.html
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