Investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Gwangju (GIST) en Corea del Sur han alcanzado una eficiencia de conversión del 11,44% en una célula solar orgánica de gran superficie de 200 cm2 fabricada con un disolvente de baja toxicidad y sin halógenos. La investigación logró mejorar la uniformidad de las películas de capa fotoactiva e implementar células solares orgánicas de gran superficie y alta eficiencia mediante la expansión asimétrica de la cadena alquílica de un aceptor de bifulereno.
Las células solares orgánicas de gran superficie existentes han tenido dificultades en su comercialización porque utilizan disolventes halógenos altamente tóxicos, que son perjudiciales para el medio ambiente y el cuerpo humano. Además, los disolventes no halógenos con baja toxicidad tienen problemas con la uniformidad de la película, que disminuye debido al ‘fenómeno de aglomeración’ del aceptor no fulereno, lo que reduce la eficiencia a medida que aumenta el área de la capa activa de la célula solar orgánica.
El equipo de investigación utilizó un método para extender asimétricamente la cadena alquílica de un aceptor no fulereno. A medida que la solubilidad del aceptor no fulereno mejoró en un solvente no halogenado, el fenómeno de aglomeración se redujo de manera efectiva, lo que permitió la formación de una película de capa fotoactiva uniforme incluso sobre un área grande de 200 cm2, mejorando así la eficiencia de las células solares orgánicas de área grande.
Comercialización de células solares orgánicas de próxima generación
Los expertos también investigaron el efecto de la extensión asimétrica de la cadena alquílica en la agregación de aceptores no fulereno en o-xileno, un solvente libre de halógenos. En este estudio, la cadena alquílica de L8-BO(EH-EH) se extendió y se reemplazó con grupos 2-heptilundecilo (HU), 2-deciltetradecilo (DT) y 2-dodecilhexadecilo (DH), lo que generó tres nuevos aceptores no fulerenos.
Los nuevos aceptores no fulerenos con cadenas alquílicas extendidas mostraron una solubilidad significativamente mejorada en o-xileno en comparación con el L8-BO(EH-EH) convencional y suprimieron la aglomeración, lo que contribuyó a la formación de películas de capas fotoactivas más uniformes. Como resultado, los investigadores obtuvieron una eficiencia del 11,44 % en una célula solar orgánica de gran superficie con un área de capa fotoactiva de 200 cm2, una eficiencia muy alta entre las células solares orgánicas de gran superficie fabricadas con un disolvente no halógeno.
Los investigadores esperan que estos resultados, que han sido publicados en la revista Advanced Functional Materials, contribuyan en gran medida a la comercialización de células solares orgánicas de próxima generación. El método de recubrimiento de matriz de ranura es adecuado para el proceso de rollo a rollo, lo que aumenta en gran medida la posibilidad de producción en masa y comercialización de células solares orgánicas de gran superficie.