La mayoría de nosotros estamos familiarizados con las células solares de silicio, que se pueden encontrar en los tejados de las casas modernas. Estas células están formadas por dos capas de silicio, que contienen diferentes átomos, como boro y fósforo. Cuando se combinan, estas capas generan cargas directaspor la luz solar absorbida hacia los electrodos; esta foto corriente se puede usar para alimentar dispositivos electrónicos.
La situación es algo diferente en las células solares orgánicas. Aquí, dos materiales orgánicos se mezclan, en lugar de disponerse en una estructura en capas. Son mezclas de diferentes tipos de moléculas. A un tipo, el aceptor, le gusta tomar electrones delotro, el donante. Para cuantificar la probabilidad de que se produzca la "transferencia de electrones" entre estos materiales, se mide la "afinidad electrónica" y la "energía de ionización" de cada material. Estas cantidades indican lo fácil que es agregar o extraer unelectrón de una molécula. Además de determinar la eficiencia de las células solares orgánicas, la afinidad electrónica y la energía de ionización también controlan otras propiedades del material, como el color y la transparencia.
Al emparejar materiales donantes y aceptores, se crea una célula solar. En una célula solar orgánica, las partículas de luz "fotones" transfieren su energía a los electrones. Los electrones excitados dejan cargas positivas, llamadas "huecos".Luego, los pares de agujeros se separan en la interfaz entre los dos materiales, impulsados por las diferencias en la afinidad electrónica y la energía de ionización.
Hasta ahora, los científicos asumían que tanto la afinidad electrónica como la energía de ionización son igualmente importantes para la funcionalidad de la célula solar. Investigadores de KAUST y MPI-P han descubierto ahora que en muchas mezclas de donantes y aceptores, es principalmente la diferencia de la energía de ionizaciónentre los dos materiales, lo que determina la eficiencia de la célula solar. La combinación de resultados de experimentos de espectroscopia óptica, realizados en el grupo de Frédéric Laquai en KAUST, así como simulaciones por ordenador realizadas en el grupo de Denis Andrienko, MPI-P,en el departamento dirigido por Kurt Kremer, permitió que se derivaran reglas de diseño precisas para los colorantes moleculares, con el objetivo de maximizar la eficiencia de las células solares.
"En el futuro, por ejemplo, sería concebible producir células solares transparentes que solo absorben la luz fuera del rango visible para los humanos, pero luego con la máxima eficiencia en este rango", dice Denis Andrienko, coautor deel estudio publicado en la revista Materiales naturales . "Con estas células solares, los frentes enteros de las casas podrían usarse como superficie activa", agrega Laquai.
Los autores prevén que estos estudios les permitirán alcanzar el 20% de eficiencia de las células solares, un objetivo que la industria tiene en mente para la aplicación rentable de energía fotovoltaica orgánica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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