Investigadores alemanes y neerlandeses han obtenido las primeras imágenes tridimensionales de nanoestructuras del interior de una célula fotovoltaica de polímero. Los descubrimientos, publicados en la revista Nature Materials, amplían el conocimiento que poseemos sobre la estructura de las células fotovoltaicas y podrían conducir a una mejora de su rendimiento.
Las de polímero son células fotovoltaicas plásticas con propiedades únicas y capacidad para mejorar el rendimiento de las células de silicio tradicionales por menos dinero. Hasta ahora, las células fotovoltaicas de polímero no habían alcanzado gran eficacia a la hora de convertir luz en energía.
Tradicionalmente, las células fotovoltaicas se han basado en un cristal de silicio altamente purificado y refinado similar a los empleados en la fabricación de circuitos integrados y chips informáticos. El elevado coste de estas células fotovoltaicas de silicio y su complicado proceso de fabricación son dos motivos que impulsan el desarrollo de tecnologías fotovoltaicas alternativas.
Las células fotovoltaicas de polímero o «de tercera generación» son ligeras, baratas, flexibles y admiten modificaciones en su estructura molecular. Hasta ahora, observar nanopolimeros no ha sido una tarea sencilla. Investigadores del Instituto de Estocástica de Ulm (Alemania) han obtenido imágenes con gran resolución de nanoestructuras en células fotovoltaicas de polímero mediante tomografía electrónica tridimensional (3DET).
3DET es una herramienta común para medir estructuras de componentes de células con resolución nanométrica. Gracias a un microscopio electrónico de transmisión, los investigadores descubrieron que se podría mejorar la eficacia de conversión energética de las células fotovoltaicas de polímero si se cambiaran los compuestos utilizados en su fabricación.
Las células fotovoltaicas híbridas están compuestas de dos materiales distintos: un polímero y un óxido metálico. Cuando la célula recibe luz solar se crean cargas en los puntos de contacto de los materiales. La relación precisa entre el polímero y el óxido metálico determina la eficacia de la célula fotovoltaica. Si se encuentran demasiado entremezclados, se crea una estructura de célula muy densa que provoca mayor obstrucción y menos eficacia. Al crear una estructura de célula más espaciada, los investigadores confían en eliminar obstáculos al flujo de energía en su camino hasta el punto de recolección, lo que aumentaría la eficacia de generación de energía de la célula fotovoltaica.
Los investigadores neerlandeses han sido capaces de crear esta estructura mayor mediante el empleo de un compuesto precursor que se mezcla con el polímero. En un paso posterior del proceso el compuesto se convierte en el óxido metálico.
El empleo de la técnica de imagen tridimensional reveló la importancia que poseen la morfología de la célula fotovoltaica y la mezcla. También permitió a los investigadores medir una relación constante y cuantitativa entre el rendimiento de la célula fotovoltaica y la estructura interna de células fotovoltaicas con varias estructuras de célula.
El informe concluye que las células fotovoltaicas de polímero producidas durante el experimento se encuentran entre las células de tercera generación más eficaces jamás producidas. No obstante, su eficacia de conversión alcanza únicamente el 2%, mientras que las células de primera generación suelen rondar el 30%.
Por consiguiente, es necesario profundizar en el estudio de los polímeros, los óxidos metálicos y su morfología aplicados a células fotovoltaicas de polímero para establecer con mayor precisión las posibilidades que ofrece esta tecnología. Es probable que la utilización de imágenes tridimensionales de las nanoestructuras acelere el avance científico en esta área del conocimiento.
Para más información: Nature Materials y Universidad Técnica de Eindhoven. Fuente: Cordis
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