Una técnica simple de dopaje eléctrico basado en una solución podría ayudar a reducir el costo de las células solares de polímero y los dispositivos electrónicos orgánicos, expandiendo potencialmente las aplicaciones para estas tecnologías. Al permitir la producción de células solares eficientes de una sola capa, el nuevo proceso podría ayudar a mover las células orgánicasfotovoltaica en una nueva generación de dispositivos portátiles y permite la generación de energía distribuida a pequeña escala.
Desarrollada por investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia y colegas de otras tres instituciones, la técnica proporciona una nueva forma de inducir el dopaje eléctrico tipo p en películas de semiconductores orgánicos. El proceso consiste en sumergir brevemente las películas en una solución a temperatura ambiente,y reemplazaría una técnica más compleja que requiere procesamiento al vacío.
"Nuestra esperanza es que esto cambie las reglas del juego para la energía fotovoltaica orgánica al simplificar aún más el proceso de fabricación de células solares basadas en polímeros", dijo Bernard Kippelen, director del Centro de Fotónica y Electrónica Orgánica de Georgia Tech y profesor en elEscuela de Ingeniería Eléctrica e Informática. "Creemos que esta técnica probablemente impactará en muchas otras plataformas de dispositivos en áreas como la electrónica orgánica impresa, sensores, fotodetectores y diodos emisores de luz".
Patrocinado por la Oficina de Investigación Naval, el trabajo se informó el 5 de diciembre en la revista Nature Materials. La investigación también involucró a científicos de la Universidad de California en Santa Bárbara, la Universidad de Kyushu en Japón y la Universidad de Tecnología de Eindhoven en los Países Bajos.
La técnica consiste en sumergir películas delgadas de semiconductores orgánicos y sus mezclas en soluciones de polioxometalato PMA y PTA en nitrometano durante un breve tiempo, del orden de minutos. La difusión de las moléculas dopantes en las películas durante la inmersión conduce adopaje eléctrico eficiente tipo p sobre una profundidad limitada de 10 a 20 nanómetros desde la superficie de la película. Las regiones dopadas con p muestran una mayor conductividad eléctrica y una alta función de trabajo, una solubilidad reducida en el solvente de procesamiento y una estabilidad mejorada de fotooxidación enaire.
Este nuevo método proporciona una alternativa más simple a las capas de óxido de molibdeno sensibles al aire que se usan en las células solares de polímero más eficientes que generalmente se procesan con equipos de vacío costosos. Cuando se aplica a las células solares de polímero, el nuevo método de dopaje proporciona una recolección eficiente de agujeros.La primera vez, las células solares de polímero de capa única se demostraron combinando este nuevo método con la separación espontánea de fase vertical de polímeros que contienen amina que conduce a una recolección eficiente de electrones en el electrodo opuesto. La geometría de estos nuevos dispositivos es única como las funciones deLa recolección de huecos y electrones está integrada en la capa activa absorbente de luz, lo que resulta en la geometría de capa simple más simple con pocas interfaces.
"La realización de la energía fotovoltaica de una sola capa con nuestro enfoque permite que ambos electrodos en el dispositivo estén hechos de materiales conductores de bajo costo", dijo Canek Fuentes-Hernández, científico investigador principal del grupo de investigación de Kippelen. "Esto ofrece unasimplifica drásticamente la geometría de un dispositivo y mejora la estabilidad de la fotooxidación del polímero donante. Aunque se necesitan estudios de vida útil y análisis de costos para evaluar el impacto total de estas innovaciones, sin duda son desarrollos muy emocionantes en el camino para transformar la energía fotovoltaica orgánica.en una tecnología comercial "
Al simplificar la producción de células solares orgánicas, la nueva técnica de procesamiento podría permitir la fabricación de células solares en áreas de África y América Latina que carecen de capacidades de fabricación intensivas en capital, dijo Felipe Larrain, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Kippelen.
"Nuestro objetivo es simplificar aún más la fabricación de células solares orgánicas hasta el punto en que cada material requerido para fabricarlas pueda incluirse en un solo kit que se ofrece al público", dijo Larrain. "El producto de células solares puedesea diferente si puede proporcionar a las personas una solución que les permita fabricar sus propias células solares. Algún día podría permitir a las personas alimentarse y ser independientes de la red ".
Las células solares orgánicas se han estudiado en muchos laboratorios académicos e industriales durante varias décadas, y han experimentado una mejora continua y constante en su eficiencia de conversión de energía con valores de laboratorio que alcanzan el 13 por ciento, en comparación con alrededor del 20 por ciento para las células comerciales basadas en silicioAunque las células basadas en polímeros son actualmente menos eficientes, requieren menos energía para producirse que las células de silicio y pueden reciclarse más fácilmente al final de su vida útil.
"Ser capaz de procesar células solares completamente a temperatura ambiente usando esta técnica simple basada en la solución podría allanar el camino para un método escalable y sin vacío de fabricación de dispositivos, al tiempo que reduce significativamente el tiempo y el costo asociados con él", dijo VladimirKolesov, investigador de doctorado y autor principal del artículo.
Más allá de las células solares, la técnica de dopaje podría usarse más ampliamente en otras áreas de la electrónica orgánica, señaló el investigador del doctorado Wen-Fang Chou. "Con su simplicidad, esta es realmente una tecnología prometedora que ofrece conductividad ajustable de semiconductores que podríase aplicará a diversos componentes electrónicos orgánicos y podría tener un gran impacto en la industria para la producción en masa ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por John Toon. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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