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Nuevos materiales semiconductores para obtener sistemas fotovoltaicos orgánicos eficientes

La tecnología de células solares orgánicas (a diferencia de sus equivalentes inorgánicas) promete ser de gran utilidad para la conversión de energía solar, dados sus bajos costes, ligereza y posibilidad de uso en dispositivos flexibles. Un equipo de científicos financiado por la Unión Europea desarrolló semiconductores de banda prohibida ancha que son compatibles con procesos continuos (rollo a rollo) y que presentan muy buenas propiedades fotovoltaicas.
Nuevos materiales semiconductores para obtener sistemas fotovoltaicos orgánicos eficientes
La implantación de tecnologías con células solares depende en gran medida de alcanzar una eficiencia elevada y costes bajos en los procesos. Desde 2013, los trabajos de investigación de células solares se centraron mucho en los sistemas fotovoltaicos orgánicos, pues presentaban problemas de ineficiencia e inestabilidad y prometían ser más económicos y mejorar su eficiencia.

Con los semiconductores orgánicos de banda prohibida ancha se procura alcanzar la eficiencia buscada. En particular, los polímeros orgánicos con banda prohibida más ancha que el silicio inorgánico utilizado habitualmente son dispositivos de absorción auxiliares muy convenientes para las células solares dispuestas en serie. Dentro del marco del proyecto ECOCHEM (Development of low band gap conjugated polymers by ecofriendly synthetic methodologies for high performance organic photovoltaics) se sintetizaron polímeros conjugados de banda prohibida ancha que prometen ser de gran utilidad para la fabricación industrial de dispositivos flexibles de grandes dimensiones.

El trabajo se centró en el desarrollo de copolímeros alternativos conformados por unidades repetidas de monómeros donantes y aceptores de electrones. En consecuencia, los científicos formularon polímeros semiconductores con indacenoditiofeno o indacenoditienotiofeno como monómeros ricos en electrones y quinoxalina, tienopirroldiona o difluorobenzotiadiazol como monómeros con deficiencia de electrones.

Hasta el momento, el polímero de banda prohibida ancha más utilizado para las células solares orgánicas dispuestas en serie ha sido el poli (3-hexiltiofeno). No obstante, la producción industrial de dispositivos basados este polímero generalmente presenta el inconveniente de que los procesos de fabricación son muy largos.

Todos los copolímeros desarrollados por los científicos de ECOCHEM presentan bandas prohibidas anchas, similares a las del poli (3-hexiltiofeno). No obstante, se observó que el tipo de unidad deficiente de electrones afecta en gran medida a las propiedades ópticas de los copolímeros de indacenoditiofeno e indacenoditienotiofeno. La eficiencia de conversión energética de las estructuras de células solares invertidas basadas en polímeros semiconductores con indacenoditienotiofeno y quinoxalina resultó ser equivalente a la del poli (3-hexiltiofeno). Estos copolímeros de banda prohibida ancha también resultaron ser una opción ideal para formar parte de las células solares más altas de las estructuras con células dispuestas en serie.

Gracias a que pueden procesarse fácilmente en la atmósfera y a que aceptan procesos continuos, estos copolímeros de banda ancha prohibida abren un nuevo camino para innovaciones muy interesantes en células solares de dispositivos flexibles de grandes dimensiones. No obstante, además de utilizarse en células solares, estos copolímeros pueden aplicarse en iluminación de estado sólido, biosensores y electrónica de potencia con eficiencia energética.

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Palabras clave

Semiconductor, sistemas fotovoltaicos orgánicos, células solares, banda prohibida ancha, procesos continuos, polímeros conjugados
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