Más información sobre el autoensamblaje de las moléculas en celdas solares orgánicas
Las celdas solares orgánicas no solo ofrecen la posibilidad de disponer de una alternativa más económica a la variedad dominante a base de silicio: además, ofrecen una mayor flexibilidad para sus aplicaciones. Gracias a su delgadez, se podrían utilizar en superficies mayores y aplicar directamente sobre materiales de construcción de distintas formas, a diferencia de las celdas solares poliméricas (PSC) convencionales, que solo se pueden utilizar sobre superficies planas. Sin embargo, aprovechar las ventajas relativas de los recubrimientos semiconductores orgánicos representa un desafío experimental para los investigadores, en parte debido a la delgadez de las capas, que hace que los efectos sobre el rendimiento sean sutiles y difíciles de medir. El proyecto NEUTRONOPV, financiado por la Unión Europea, abordó esta cuestión de forma general para conocer mejor la relación ente las condiciones de procesamiento, la morfología de la capa activa y el rendimiento de los dispositivos en celdas solares. También pretendían, específicamente, desarrollar nuevas formas de caracterización más rigurosas para el estudio de las celdas solares. Neutrones y nanoestructuras Con el fin de conocer mejor el efecto de los cambios sutiles en la composición de las láminas delgadas de las celdas solares sobre la eficiencia de las celdas, el proyecto NEUTRONOPV procesó distintas mezclas de polímeros semiconductores. A continuación, los investigadores utilizaron estas variaciones graduales de la composición para generar una serie de dispositivos con morfologías distintas para, a continuación, realizar medidas de aspectos como la movilidad de las cargas y el rendimiento fotovoltaico. Estas láminas tan finas (de menos de una micra) se crearon mediante el método de recubrimiento por centrifugación tal como se realiza en el laboratorio y mediante el método de recubrimiento por pulverización, ampliable a escala industrial, Tal como explica el Prof. Richard Jones, «el proceso de obtención es muy sencillo, como el de barnizar una superficie, pero lo que sucede durante ese proceso, lo que hacen las moléculas, es muy complicado. Se organizan por si mismas para formar estructuras nanométricas específicas y la naturaleza de estas estructuras es, precisamente, lo que determina la eficiencia de las celdas solares». Para conocer mejor el autoensamblaje de las moléculas, el equipo utilizó técnicas en las que se dirige un haz de neutrones hacia la muestra y, a continuación, se mide cómo se dispersan estos neutrones en las estructuras nanométricas presentes en la capa. Como explica el Prof. Jones, «Aunque este enfoque sea mucho más potente que otras técnicas, porque nos proporciona resultados cuantitativos representativos del conjunto de la lámina, resulta difícil de hacer en láminas muy delgadas, ya que el efecto individual sobre el haz de neutrones es muy débil». Para superar este problema, el becario de investigación del proyecto Gabriel Bernado diseñó un método de apilado de un gran número de láminas juntas para multiplicar el efecto. Además de utilizar neutrones, se utilizaron otras técnicas de laboratorio más convencionales. Hacia una economía con bajas emisiones de carbono Este enfoque de composición mixta presenta varias ventajas. Ofrece la perspectiva de una fabricación más sostenible, por ejemplo, porque ofrece sustitutos para los solventes halogenados, que se ha demostrado que son peligrosos para la salud humana y el medio ambiente. Además, puesto que las celdas solares orgánicas pueden ser más económicas, más fáciles de aplicar en superficies grandes y mucho más adaptables a superficies variables que las opciones tradicionales de silicio, es probable que se adopten rápidamente, lo cual contribuiría al desarrollo de una economía con pocas emisiones de carbono. Como dice el Prof. Jones, «Estoy fascinado con las posibilidades que ofrece la autoorganización de las moléculas, mediante la cual las moléculas se disponen por sí solas, según reglas sencillas, para formar estructuras complejas. Con esto se podrían obtener dispositivos funcionales que hiciesen cosas interesantes y útiles, como convertir luz en electricidad. Quiero saber cómo funcionan estos procesos para que podamos aprovecharlos en beneficio de la sociedad». Con este fin, ahora el equipo trabaja para aplicar estas técnicas y metodologías a distintos sistemas, que incluyen híbridos de semiconductores orgánicos y nanopartículas de semiconductores inorgánicos.
Palabras clave
Fotovoltaico orgánico, neutrón, estructura a nanoescala, celdas solares, economía hipocarbónica, recubrimientos semiconductores, recubrimiento por centrifugación, recubrimiento por pulverización, autoensamblado