Células solares del futuro
Las células solares orgánicas son más baratas de producir y más flexibles que sus homólogas de silicio cristalino, pero no ofrecen el mismo nivel de eficiencia o estabilidad. Un grupo de investigadores dirigidos por el Prof. Christoph Brabec, Director del Instituto de Materiales para la Electrónica y la Tecnología Energética (i-MEET) de la Cátedra de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), ha estado trabajando en la mejora de estas propiedades durante varios años.
Durante su tesis doctoral, Andrej Classen, que es un joven investigador de la FAU, demostró que la eficiencia puede ser aumentada usando moléculas aceptadoras luminiscentes. Su trabajo ha sido publicado en la revista Nature Energy.
El Sol puede suministrar energía de radiación de alrededor de 1000 vatios por metro cuadrado en un día claro en las latitudes europeas. Las células solares convencionales de silicio monocristalino convierten hasta una quinta parte de esta energía en electricidad, lo que significa que tienen una eficiencia de alrededor del 20 por ciento. El grupo de trabajo del profesor Brabec ha mantenido el récord mundial de eficiencia en un módulo fotovoltaico orgánico del 12,6% desde septiembre de 2019. El módulo multicelular desarrollado en el Energie Campus Nürnberg (EnCN) tiene una superficie de 26 cm². «Si podemos lograr más del 20% en el laboratorio, posiblemente podríamos alcanzar el 15% en la práctica y convertirnos en una verdadera competencia para las células solares de silicio», dice el Prof. Brabec.
Las ventajas de las células solares orgánicas son obvias: son delgadas y flexibles como una lámina y pueden adaptarse a varios sustratos. La longitud de onda en la que se absorbe la luz solar puede ser «ajustada» a través de los macromódulos utilizados. Una ventana de oficina cubierta con células solares orgánicas que absorbieran el espectro rojo e infrarrojo no solo protegería de la radiación térmica, sino que también generaría electricidad al mismo tiempo. Un criterio cada vez más importante en vista del cambio climático es el período de funcionamiento después del cual una célula solar genera más energía de la que se requería para fabricarla. Este denominado período de recuperación de la energía depende en gran medida de la tecnología utilizada y de la ubicación del sistema fotovoltaico (FV). Según los últimos cálculos del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (ISE), el tiempo de recuperación de la energía de los módulos fotovoltaicos de silicio en Suiza es de unos 2,5 a 2,8 años. Sin embargo, este tiempo se reduce a solo unos meses para las células solares orgánicas, según el Dr. Thomas Heumüller, investigador asociado de la Cátedra del Prof. Brabec.
Los resultados de la medición proporcionaron la prueba de una teoría ya asumida en la investigación, un «equilibrio de Boltzmann» entre excitones y cargas separadas, los llamados estados de transferencia de carga (CT). Cuanto más se aproxima la fuerza impulsora a cero, más se desplaza el equilibrio hacia los excitones», dice el Dr. Larry Lüer, especialista en fotofísica del grupo de trabajo de Brabec. Esto significa que la investigación futura debería concentrarse en evitar que el excitón se descomponga, lo que significa aumentar su «vida útil» de excitación. Hasta ahora, la investigación solo se ha centrado en la vida operativa del estado de la CT. Los excitones pueden decaer emitiendo luz (luminiscencia) o calor. Modificando hábilmente los polímeros, los científicos fueron capaces de reducir la producción de calor al mínimo, reteniendo la luminiscencia en la medida de lo posible. Por lo tanto, la eficiencia de las células solares puede ser incrementada usando moléculas aceptadoras altamente luminiscentes, predice Andrej Classen. (Fuente: NCYT Amazings)
