Mejor rendimiento de celdas fotovoltaicas ajustando la morfología de su capa activa
Los costes reducidos de producción, los procesos ecológicos de síntesis de materiales y la flexibilidad de los materiales hacen que los OPV sean preferibles frente a sus equivalentes inorgánicos. No obstante, su eficiencia se ve afectada por su morfología deficiente y vida útil limitada, lo cual constituye un escollo importante para su comercialización. En el proyecto «Block copolymers for high efficient solar cells with novel structures» (CHESS), financiado por la Unión Europea, los científicos incorporaron copolímeros de bloques en la combinación que da lugar a la capa activa de los OPV. Aplicaron técnicas de procesamiento para fabricar OPV con heterounión de forma masiva, con mayor estabilidad para un posible uso industrial. Mejorar la eficiencia y aumentar la vida útil de los OPV debería incrementar su competitividad frente a las celdas solares inorgánicas. Los copolímeros de bloques pueden formar nanoestructuras bien controladas y actuar como compatibilizadores en las combinaciones respectivas de homopolímeros. Los científicos aprovecharon estas propiedades para formar nanomorfologías estables con tamaño de dominio óptimo, característica deseable para las aplicaciones de OPV. Se realizó un estudio integrado, empezando por el diseño y la síntesis del copolímero hasta su incorporación a dispositivos fotovoltaicos y la evaluación de su rendimiento. Concretamente, se sintetizaron copolímeros de bloques varilla-bobina, que constan de un bloque semiconductor electrón-donante y un bloque de bobina escogido concienzudamente (p. ej. un polímero de baja temperatura de transición vítrea) y se mezclaron con materiales orgánicos donante-receptor afianzados. El equipo caracterizó las combinaciones mediante una técnica termodinámica complementada con experimentos de dispersión de rayos X de gran ángulo con el fin de determinar sus diagramas de fases completos. Los miembros del proyecto estudiaron a fondo la morfología de la combinación ternaria en las nuevas capas activas para celdas solares y concluyeron que la presencia del copolímero favorece la formación de una red de heterouniones masiva óptima que estimula la absorción de fotones, la disociación eficiente de los excitones y la mejora del transporte de cargas. Posteriormente se logró una eficiencia de conversión de energía máxima elevada, de hasta el 4,5 %. A la vez se prolongó la estabilidad del dispositivo en el tiempo. La integración de dispositivos a gran escala debería facilitar la comercialización de los productos del equipo del proyecto, lo cual beneficiaría a toda la Unión Europea y mejoraría su competitividad.
Palabras clave
Elemento fotovoltaico orgánico, celda solar, vida útil, copolímero de bloques, capa activa, estabilidad, compatibilizador, mezcla de homopolímeros, nanomorfología, dispersión de rayos X
