es.wedoany.com Noticia: Un equipo internacional de investigación, formado por la Universidad de Linköping (Suecia), la Universidad de Potsdam (Alemania) y el Instituto Paul Drude de Berlín, ha revelado el mecanismo oculto que limita el rendimiento de las células solares orgánicas, lo que podría ayudar a esta tecnología a superar la barrera del 20% de eficiencia.
Las células solares fotovoltaicas orgánicas se fabrican con materiales abundantes en la Tierra y consumen menos energía, por lo que tienen el potencial de generar electricidad a un costo menor que las dos generaciones anteriores de tecnología solar. El rendimiento de una célula solar está determinado por tres factores: la corriente de cortocircuito, la tensión de circuito abierto y el factor de llenado, pero mejorar uno de estos indicadores suele sacrificar otro.
Los investigadores se han enfrentado durante mucho tiempo a un dilema en el campo de las células solares orgánicas: los esfuerzos por aumentar la tensión de circuito abierto a menudo conducen a una reducción del factor de llenado, y viceversa. A medida que la eficiencia de las células solares orgánicas supera el 20%, esta contradicción se vuelve cada vez más difícil de superar. El Dr. Dieter Neher de la Universidad de Potsdam, el Dr. Feng Gao de la Universidad de Linköping y la Dra. Safa Shoaee del Instituto Paul Drude de Electrónica de Estado Sólido colaboraron para investigar las causas fundamentales.
El equipo de investigación, en colaboración con otros expertos en el campo, analizó por qué la mejora de la eficiencia de las células solares orgánicas se ralentiza a niveles más altos. Los resultados muestran que, en condiciones específicas, la generación de carga libre en la capa activa de la célula depende en gran medida del campo eléctrico en el material semiconductor orgánico. Neher, profesor de física en la Universidad de Potsdam, señaló que esto provoca una limitación del factor de llenado que no se había comprendido completamente antes, y que es especialmente crítica cuando se necesita minimizar la pérdida de voltaje.
Cuando la luz solar incide sobre una célula solar orgánica, se generan pares ligados (excitones) compuestos por electrones con carga negativa y huecos con carga positiva. Estos excitones deben dividirse primero en cargas libres que puedan generar electricidad. Mediante la simulación de toda la célula solar, el equipo descubrió que el tiempo de supervivencia de los excitones y la energía liberada durante el proceso de transferencia de carga son factores determinantes clave del factor de llenado en condiciones de baja pérdida de voltaje. El equipo demostró que prolongar la vida útil de los excitones puede aliviar significativamente este problema, y desarrolló nuevas combinaciones de materiales orgánicos para fabricar células solares que logran simultáneamente un alto factor de llenado y una fuerte potencia de salida general.
Los investigadores consideran que estos hallazgos proporcionan principios de diseño generales para el desarrollo futuro de materiales y arquitecturas de dispositivos fotovoltaicos orgánicos. El estudio ha sido publicado en la revista Nature Photonics.
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