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Las células solares poliméricas evolucionan gracias al grafeno

En una hora, la Tierra recibe más energía del Sol que toda la energía consumida por el planeta en un solo año. Empleando la tecnología de células solares orgánicas con grafeno sería posible captar esta abundante fuente de energía de forma más eficiente y rentable.
Las células solares poliméricas evolucionan gracias al grafeno
La mayoría de las células solares de primera y segunda generación utilizan silicio. Las células solares orgánicas (poliméricas) pueden ofrecer importantes ventajas. Por ejemplo, cuando se aplican en grandes áreas de superficie, presentan flexibilidad y resultan más económicas, gracias a rutas de procesamiento de polímeros muy conocidas ya.

Recientemente se observó que los electrodos de grafeno, que presentan muy buena conductividad, son compuestos que podrían mejorar la eficiencia de las células solares de heterounión en bloque (BHJ) propuestas hace más de veinticinco años. No obstante, aún no se han establecido los mecanismos y efectos de integración del grafeno en una película delgada de polímero.

El proyecto financiado con fondos europeos GO-NEXTS (Graphene doping and texturing in efficient electrodes for organic solar cells) estructuró electrodos en contacto con grafreno para que sirviesen como cristales fotónicos. Estos cristales son estructuras dieléctricas periódicas con un ancho de banda que no permite la propagación de ciertas longitudes de onda de la luz.

Estos cristales se asemejan a la banda prohibida energética que existe entre la valencia y los electrones de conducción de los semiconductores. Así, se puede conseguir un muy buen control de la radiación electromagnética que no es posible alcanzar con las técnicas de óptica convencionales. Esto brindará mejoras sin precedentes en la eficiencia y en el rendimiento global de las células solares de BHJ.

Para empezar, los investigadores se centraron en la simulación y fabricación de los distintos componentes por separado. En particular, los científicos estudiaron la utilidad de los contactos del grafeno y el metal, y modelaron las propiedades electrónicas del grafeno y las propiedades ópticas de los contactos con rejillas. Los estudios de los efectos que producen los diferentes parámetros de diseño —como el espesor de las capas— combinados con los resultados obtenidos, apuntan hacia actividades de producción muy prometedoras.

Las entidades asociadas estudiaron los procesos de deposición química de vapor (DQV) del grafeno sobre diferentes sustratos y el crecimiento del grafeno sobre los sustratos de cristal fotónico con textura. El grafeno producido por DQV a bajas temperaturas no es de suficiente calidad como para utilizarlo en sistemas fotovoltaicos. En cambio, el proceso de crecimiento del grafeno obtenido es muy similar al actual.

GO-NEXTS proporcionará materiales para electrodos transparentes, procesos de fabricación y estructuras de dispositivos. En los próximos años es muy probable que surjan aplicaciones donde se utilicen electrodos de grafeno transparentes y flexibles. Podrían ser celdas fotovoltaicas, diodos emisores de luz (LED), diodos orgánicos emisores de luz (OLED), pantallas digitales o de cristal líquido (LCD), que hasta ahora se fabrican con óxido de indio dopado con estaño (ITO) pulverizado.

Europa ya es líder en la investigación sobre el grafeno, y los resultados logrados en GO-NEXTS le permitirán seguir impulsando los avances en este campo así como a competir con Estados Unidos y Asia en el mercado tecnológico basado en el grafeno. Su aplicación en productos de consumo podría cambiar aspectos del día a día y repercutir profundamente tanto en la investigación futura sobre el grafeno como en las posibilidades de comercialización.

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Palabras clave

Celdas fotovoltaicas poliméricas, grafeno, heterounión en bloque, GO-NEXTS, cristales fotónicos, deposición química de vapor, óxido de indio dopado con estaño (ITO)
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