Las células solares orgánicas que se pueden pintar o imprimir en superficies son cada vez más eficientes, y ahora prometen incorporarse a aplicaciones como la ropa que también requieren que sean flexibles.
El laboratorio de ingeniería química y biomolecular de la Universidad de Rice, Rafael Verduzco, ha desarrollado fotovoltaicos orgánicos flexibles que podrían ser útiles cuando la generación constante de baja potencia es suficiente.
Verduzco y su equipo incorporan una red de aditivos elásticos que hacen que el material eléctricamente activo sea menos frágil con poca o ninguna pérdida de flujo de corriente.
La investigación aparece en la revista American Chemical Society Química de materiales .
Las células solares orgánicas dependen de materiales a base de carbono, incluidos los polímeros, a diferencia de los materiales inorgánicos duros como el silicio, para capturar la luz solar y traducirla en corriente. Los orgánicos también son delgados, livianos, semitransparentes y económicos.- las células solares comerciales, basadas en silicio, funcionan con una eficiencia de aproximadamente el 22 por ciento la cantidad de luz solar convertida en electricidad, las sustancias orgánicas alcanzan un 15 por ciento.
"El campo ha estado obsesionado con la tabla de eficiencia durante mucho tiempo", dijo Verduzco. "Ha habido un aumento en la eficiencia de estos dispositivos, pero las propiedades mecánicas también son muy importantes, y esa parte ha sido descuidada".
"Si estira o dobla las cosas, obtendrá grietas en la capa activa y el dispositivo fallará"
Verduzco dijo que un enfoque para solucionar el problema frágil sería encontrar polímeros u otros semiconductores orgánicos que sean flexibles por naturaleza, pero su laboratorio tomó otro rumbo. "Nuestra idea era seguir con los materiales que se han desarrollado cuidadosamente durante 20 añosy que sabemos trabajar y encontrar una manera de mejorar sus propiedades mecánicas ", dijo.
En lugar de hacer una malla y verter los polímeros semiconductores, los investigadores de Rice mezclaron reactivos de tiol-eno a base de azufre. Las moléculas se mezclan con los polímeros y luego se reticulan entre sí para proporcionar flexibilidad.
El proceso no está exento de costos, porque muy poco tiol-eno deja a los polímeros cristalinos propensos a agrietarse bajo tensión, mientras que demasiado amortigua la eficiencia del material.
Las pruebas ayudaron al laboratorio a encontrar su Zona Ricitos de Oro. "Si reemplazamos el 50 por ciento de la capa activa con esta malla, el material obtendría un 50 por ciento menos de luz y la corriente caería", dijo Verduzco. "En algún momento, no espráctico. Incluso después de confirmar que la red se estaba formando, necesitábamos determinar cuánto tiol-eno necesitábamos para suprimir la fractura y el máximo que podíamos poner sin hacer que no valga la pena como dispositivo electrónico ".
Alrededor del 20 por ciento de tiol-eno, descubrieron que las células retuvieron su eficiencia y ganaron flexibilidad. "Son moléculas pequeñas y no interrumpen mucho la morfología", dijo Verduzco. "Podemos hacer brillar la luz ultravioleta o aplicar calor osolo espere, y con el tiempo se formará la red. La química es moderada, rápida y eficiente ".
El siguiente paso fue estirar el material. "P3HT puro la capa activa a base de politiofeno comenzó a agrietarse con una tensión de aproximadamente 6 por ciento", dijo Verduzco. "Cuando agregamos 10 por ciento de tiol-eno, podríamos tensarlo hasta14 por ciento. Con alrededor del 16 por ciento de tensión comenzamos a ver grietas en todo el material ".
En cepas superiores al 30 por ciento, el material se flexionó muy bien pero se volvió inútil como una célula solar. "Encontramos que esencialmente no hay pérdida en nuestra fotocorriente hasta aproximadamente un 20 por ciento", dijo. "Ese parece ser el punto óptimo""
El daño bajo tensión afectó al material incluso cuando se liberó la tensión. "La tensión afecta la forma en que estos dominios de cristal se empaquetan y se traduce en roturas microscópicas en el dispositivo", dijo Verduzco. "Los agujeros y los electrones todavía necesitan caminos para llegar al contrarioelectrodos "
Dijo que el laboratorio espera probar diferentes materiales fotovoltaicos orgánicos mientras trabaja para hacerlos más estirables con menos aditivo para las células de prueba más grandes.
El estudiante graduado de Rice, Jorge Wu Mok, es el autor principal del artículo. Los coautores son el estudiante graduado de Rice, Zhiqi Hu, el estudiante universitario Changxu Sun y el alumno Isaiah Barth; los investigadores de verano Rodrigo Muñoz y Joshua Jackson de Rice y Houston Community College; el científico investigador TanguyTerlier de la Autoridad de Equipos Compartidos de Rice; y Kevin Yager, del Laboratorio Nacional Brookhaven, Upton, NY
La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación Welch para la Investigación Química y la Oficina de Instalaciones Científicas del Departamento de Energía.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :