Tecnología fotovoltaica flexible de alto rendimiento y gran alcance
La energía solar se ha convertido en un tema importante en un momento en que el mundo intenta reducir su dependencia de los combustibles fósiles y concretar la transición a fuentes de electricidad más limpias y sostenibles. Las celdas fotovoltaicas orgánicas basadas en polímeros han surgido como una alternativa prometedora a la fotovoltaica convencional de silicio gracias a su diseño rentable y ligero.
Ventajas de las celdas fotovoltaicas orgánicas basadas en polímeros
«Las celdas fotovoltaicas orgánicas de basadas en polímeros nueva generación ofrecen varias ventajas respecto a los convertidores de energía solar tradicionales, sobre todo para aplicaciones de nicho», señala Riccardo Po, coordinador de LABandFAB, un proyecto financiado por las acciones Marie Skłodowska-Curie. Su mecanismo de funcionamiento se basa en la transferencia de electrones fotoinducida desde un donador polimérico a una molécula aceptora, lo que permite una conversión eficaz de la energía solar. En principio, las celdas fotovoltaicas orgánicas pueden fabricarse mediante procesos de impresión o recubrimiento a baja temperatura a partir de tintas a base de disolventes, lo que las hacen compatibles con sustratos plásticos flexibles. «Los recientes descubrimientos de los laboratorios en fotovoltaica orgánica han dado lugar a rendimientos de conversión de energía de hasta un 20 % gracias a la ingeniería de materiales mejorada, el control cuidadoso de la morfología de la capa fotoactiva y el uso de arquitecturas de dispositivos específicamente diseñadas», explica Po. A pesar de estos avances, aún no se ha explotado la aplicación comercial generalizada de esta tecnología.
Retos de cara a la comercialización de las celdas fotovoltaicas orgánicas
«El éxito comercial de la tecnología fotovoltaica orgánica depende de la transferencia de los resultados de la investigación de laboratorio a módulos de gran superficie producidos en plantas de impresión de alto rendimiento. Sin embargo, varios factores relacionados con la complejidad de los materiales y la tecnología de fabricación siguen obstaculizando el desarrollo de la energía fotovoltaica orgánica», añade Po. Un requisito fundamental para imprimir una solución de tinta activa es lograr que el espesor de la película sea lo suficientemente grueso como para evitar orificios y cortocircuitos en los dispositivos fotovoltaicos. La mayoría de los estudios publicados sobre dispositivos de alta eficacia basados en aceptores no basados en el fullereno mencionan espesores de unos 100 nm. Si bien estos espesores pueden ser compatibles con las técnicas de deposición a escala de laboratorio, como el recubrimiento por rotación, no son adecuados para las técnicas de deposición de rollo a rollo. Esta diferencia de escalabilidad supone un reto a la hora de pasar de la investigación en el laboratorio a la producción comercial. En un esfuerzo por superar estos obstáculos y comercializar las celdas fotovoltaicas orgánicas, los investigadores crearon el proyecto LABandFAB. El equipo del proyecto exploró nuevos materiales y técnicas que podrían mejorar la eficacia y estabilidad de la tecnología. Esto incluyó la síntesis de un nuevo polímero conjugado de baja complejidad sintética (lo que se traduce en un menor coste del material), una eficiencia de conversión de energía cercana al 10 % y más de 2 300 h de estabilidad de la vida útil. «Investigamos técnicas de deposición compatibles con la tecnología de rollo a rollo, como el recubrimiento de láminas, que permiten fabricar celdas fotovoltaicas orgánicas con disolventes no clorados Este método respetuoso con el medio ambiente podría reducir significativamente el coste y la complejidad de la producción de las celdas fotovoltaicas orgánicas, lo cual las haría más accesibles para las aplicaciones comerciales», destaca Po.
Equilibrio entre el rendimiento y la accesibilidad
Aunque la búsqueda de mayores niveles de eficiencia es importante, el equipo de LABandFAB también hizo hincapié en la necesidad de encontrar un equilibrio entre el rendimiento y la accesibilidad. Un metaanálisis reveló que la disminución de la eficiencia en la capa fotovoltaica orgánica es inevitable debido al aumento del espesor. Esta disminución solo puede paliarse parcialmente mediante el uso prudente de recursos altamente especializados. En consecuencia, se ha propuesto una nueva figura de mérito para concienciar a los investigadores sobre este problema que a menudo se pasa por alto. El equipo de LABandFAB también se centró en desarrollar métodos de encapsulación y métodos de predicción alternativos para los estudios de estabilidad, lo que puede ayudar a optimizar el proceso de prueba y evaluación para nuevos materiales y diseños fotovoltaicos orgánicos. A pesar del inicio tardío del proyecto LABandFAB debido a las restricciones a causa de la COVID-19, se lograron avances significativos en el desarrollo de las celdas fotovoltaicas orgánicas basadas en polímeros. Los resultados del proyecto han aportado valiosos conocimientos a la comunidad investigadora de la fotovoltaica orgánica, lo que ha dado lugar a dos publicaciones de gran relevancia que se encuentran en «Advanced Materials»(se abrirá en una nueva ventana) y «Solar RRL»(se abrirá en una nueva ventana).
