Un equipo investigador de la Universitat Rovira i Virgili (URV) y del Institut Català d’Investigació Química (ICIQ) investiga las celdas solares orgánicas para entender su mecanismo de degradación y encontrar estrategias para una mayor durabilidad y, así, aumentar la viabilidad comercial en una producción a gran escala.
Los investigadores han dado un paso más hacia la sostenibilidad utilizando materiales semiconductores orgánicos como el polímero plástico o moléculas pequeñas como capa activa para convertir la irradiación solar en electricidad. Han bautizado este nuevo dispositivo como célula solar orgánica.
Este estudio, recientemente publicado en la revista Sustainable Energy Fuels, ha recibido financiación del programa Horizonte 2020 de la Unión Europea en el marco de las acciones Marie Skłodowska-Curie y de la URV.
El grupo investigador está formado por miembros del grupo de investigación Sistemas Nanoelectrónicos y Fotónicos (NePhoS) del Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática de la URV y del grupo del investigador Emilio Palomares del Instituto Catalán de Investigación Química.
Un estudio para aumentar la vida útil
En los últimos años, la tecnología de las células solares orgánicas ha alcanzado un hito importante hacia la comercialización, superando el 10% de la eficiencia (el parámetro que calcula la parte de la irradiación solar que puede convertirse en electricidad por efecto fotovoltaico) y ahora se acerca ya al 20%.
Este dispositivo tiene propiedades potenciales que le hacen muy atractivo, como la semitransparencia, la flexibilidad, la ligereza, el bajo coste y el respeto al medio ambiente o la escalabilidad para la fabricación. Sin embargo, estas propiedades tan interesantes no son los únicos requisitos para que la célula solar orgánica dé el salto del laboratorio al mercado.
El objetivo principal de los investigadores es hacer que este dispositivo sea más duradero y aumente la vida útil, de modo que pueda fabricarse en una producción a gran escala. Con este fin, el equipo de investigación ha realizado un estudio de estabilidad de células solares orgánicas de acuerdo con el protocolo de estabilidad ISOS para entender su mecanismo de degradación. El objetivo final es encontrar estrategias para alargar la vida útil de esta tecnología, especialmente en el almacenamiento. Los autores le han llamado “vida útil propia”.
Dado que el mecanismo de degradación de la célula solar orgánica es altamente complejo, una caracterización eléctrica sencilla, utilizando sobre todo medidas de densidad y tensión de corriente, no es suficiente para proporcionar información sólida para entender el proceso de degradación de la célula.
Degradación de la vida útil
Este estudio representa una novedad en su campo, puesto que los autores han combinado por primera vez dos potentes técnicas de espectroscopia de impedancia y medida de fotovoltaje-fotocorriente transitoria para estudiar la degradación de la vida útil.
Además, han aplicado el protocolo ISOS-D1 a las células solares orgánicas bajo distintos entornos para cuantificar el tiempo de vida, la estabilidad e identificar sus mecanismos de degradación predominantes. También han aplicado una estrategia invertida y han comparado tres capas de transporte de electrones distintos para saber cuál es la mejor estrategia para incrementar la vida útil de las células solares orgánicas.
Los hallazgos más importantes de la investigación sugieren que la principal causa de degradación de las células solares orgánicas son la generación de trampas de oscuridad en la interfaz y la exposición al aire.