Investigadores del Instituto de Investigación Científica e Industrial Sanken de la Universidad de Osaka en Japón han sintetizado una nueva molécula que proporciona a las células solares orgánicas una notable mejora en la eficiencia de conversión de energía. En concreto, los expertos añadieron unidades laterales específicas a su estructura y lograron la separación entre los orbitales moleculares fronterizos, obteniendo una mayor eficiencia de conversión de energía.
Generalmente, las células solares orgánicas contienen dos semiconductores orgánicos, uno para transportar electrones (el aceptor) y otro para transportar los otros portadores conocidos como huecos (el donante). En un semiconductor fluye una corriente cuando los excitones se dividen en estos portadores, lo que da lugar a pares electrón-hueco. Los excitones están fuertemente unidos, pero la luz solar con suficiente energía puede hacer que se disocien y generen una corriente.
Reducir la cantidad de energía necesaria para romper un excitón hace que sea más fácil convertir la luz en la corriente deseada, según explican los expertos. Por ello, decidieron centrarse en los factores que contribuyen a la energía de enlace, uno de los cuales es la distancia entre el electrón y el hueco. Si esta aumenta, la energía de enlace debería disminuir.
Por lo tanto, los investigadores diseñaron una molécula con unidades laterales que tenían el efecto de separar las partes de la molécula que alojan el electrón y el hueco. La molécula sintetizada se utilizó como aceptor en una célula solar orgánica de heterounión en masa junto con un material donante, y el sistema mostró una mayor eficiencia de conversión de energía en comparación con el estándar aceptado. El estudio se ha publicado recientemente en Angewandte Chemie International Edition.
Diseño de semiconductores orgánicos
La molécula diseñada muestra que la naturaleza de las unidades laterales en las moléculas aceptoras es clave para el comportamiento del excitón y, como resultado, su eficiencia. Este resultado proporciona una demostración importante de lo que se puede lograr mediante el ajuste de la química para las aplicaciones de las células solares orgánicas.
Los hallazgos indican el potencial del diseño racional de semiconductores orgánicos y se espera que conduzcan a nuevos dispositivos, incluidas las células solares orgánicas de alto rendimiento y las transparentes con selectividad de longitud de onda. También se espera que las mejoras generales en el rendimiento mejoren el potencial de las células solares orgánicas en aplicaciones fotovoltaicas a gran escala.