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Tecnología fotovoltaica basada en el carbono

La utilización de la energía prácticamente ilimitada del sol para generar electricidad con dispositivos fotovoltaicos (FV) es una alternativa sostenible a la quema de combustibles fósiles. Una visión innovadora de los semiconductores orgánicos podría ayudar a avanzar en ese sentido.
Tecnología fotovoltaica basada en el carbono
La tecnología FV ha mejorado considerablemente en las últimas décadas y actualmente son muchos los sistemas que la emplean en todo el mundo. La tercera generación de tecnología FV convencional, cuya base es fundamentalmente el silicio (Si), utiliza dispositivos FV inorgánicos de película fina. Sin embargo, la aplicación extensa de esta tecnología se ha visto obstaculizada por una serie de escollos relacionados con el coste de fabricación y la eficiencia de conversión.

Las células solares que emplean semiconductores orgánicos, por ejemplo polímeros con carbono estructural, pueden procesarse a bajo coste. Sin embargo, es posible mejorar su eficiencia mediante estructuras de heterounión, las cuales pueden facilitar el movimiento de los electrones que se desplazan entre las capas donantes y receptoras. Los científicos del proyecto «Spectroscopic insight with nanoscale resolution on model photovoltaic systems» (NANOPV), financiado con fondos europeos, se centraron en dos posibles sistemas.

El primero estaba unido mediante enlaces de covalencia con heteroestructuras orgánicas formadas por entidades bien separadas de propiedades electrónicas diferentes. El equipo buscó rutas para el enlace covalente de precursores que podrían llevar a la formación de nanocintas de grafeno (GNR). El grafeno, forma nanoestructurada del carbono, está compuesto por una lámina de átomos de carbono con un grosor equivalente al de un átomo.

La utilización de dos métodos de síntesis químicos distintos en diversos sustratos permitió al equipo de trabajo producir con éxito GNR de precisión atómica más anchos que los registrados anteriormente, lo que posibilitó la obtención de una banda prohibida menor (cuanto menor es la banda, más conductivo es el material) Además, los cambios químicos observados fueron distintos y más complejos de lo previsto al inicio.

Los experimentos proporcionaron una perspectiva inédita a partir de la visualización de la reorganización de la unión covalente durante la formación de las GNR. El informe asociado a este proyecto ha sido aceptado para su publicación en la prestigiosa revista arbitrada Science, mientras que otros artículos se encuentran en distintas etapas de revisión o publicación en diversas publicaciones de reconocido prestigio.

El equipo científico también sintetizó y caracterizó gran cantidad de mezclas moleculares bicomponentes con vínculos no covalentes. Además de un mayor entendimiento de las desviaciones específicas en determinados sistemas, el equipo del proyecto descubrió una tendencia importante en relación con las alineaciones energéticas interfaciales de dependencia estequiométrica en mezclas de donante-receptor en superficies metálicas. Próximas publicaciones resaltarán la importancia de los resultados obtenidos.

Se espera que los resultados del proyecto NANOPV sean notablemente beneficiosos para el desarrollo de una tecnología FV orgánica que aporte reducciones de coste e incrementos en la eficiencia de conversión energética. De hecho, la mejora del movimiento de electrones tendrá un efecto relevante en los dispositivos electrónicos de base orgánica para numerosas otras aplicaciones.

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Palabras clave

Fotovoltaica, semiconductores orgánicos, estructuras de heterounión, nanocinta de grafeno
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