Los investigadores han descubierto que un recubrimiento de electrodo de solo una molécula de espesor puede mejorar significativamente el rendimiento de una célula fotovoltaica orgánica. El recubrimiento supera al material líder que se utiliza actualmente para esta tarea y puede allanar el camino para mejoras en otros dispositivos que dependen de moléculas orgánicas, como los diodos emisores de luz y los fotodetectores.
A diferencia de las células fotovoltaicas más comunes que utilizan silicio cristalino para recolectar luz, las células fotovoltaicas orgánicas (OPV) se basan en una capa de moléculas a base de carbono que absorbe la luz. Aunque las OPV todavía no pueden rivalizar con el rendimiento de las células de silicio, podrían ser más fáciles y económicas de fabricar a gran escala utilizando técnicas de impresión.
Cuando la luz entra en una célula fotovoltaica, su energía libera un electrón negativo y deja un espacio positivo, conocido como agujero. Luego, diferentes materiales recolectan los electrones y los agujeros y los guían a diferentes electrodos para generar una corriente eléctrica. En las OPV, un material llamado PEDOT: PSS se usa ampliamente para facilitar la transferencia de los orificios generados a un electrodo; sin embargo, PEDOT: PSS es caro, ácido y puede degradar el rendimiento de la celda con el tiempo.
El equipo ahora ha desarrollado una mejor alternativa a PEDOT: PSS. Usan una capa mucho más delgada de una molécula transportadora de huecos llamada Br-2PACz, que se une a un electrodo de óxido de indio y estaño (ITO) para formar una capa de una sola molécula. La célula orgánica con Br-2PACz logró una eficiencia de conversión de energía del 18.4 por ciento, mientras que una celda equivalente que usaba PEDOT: PSS alcanzó solo el 17.5 por ciento.
"Sorprendido de hecho por la mejora del rendimiento", dicen los miembros del equipo de investigación. “Creemos Hno.-2PACz tiene el potencial de reemplazar a PEDOT: PSS debido a su bajo costo y alto rendimiento ".
Br-2PACz aumentó la eficiencia de la celda de varias maneras. En comparación con su rival, provocó menos resistencia eléctrica, mejoró el transporte de los orificios y permitió que pasara más luz a través de la capa absorbente. Br-2PACz también mejoró la estructura de la propia capa absorbente de luz, un efecto que puede estar relacionado con el proceso de recubrimiento.
El recubrimiento podría incluso mejorar la reciclabilidad del célula solar. Los investigadores descubrieron que el electrodo ITO se podía quitar de la celda, quitar su revestimiento y luego reutilizar como si fuera nuevo. Por el contrario, PEDOT: PSS hace que la superficie del ITO sea áspera, por lo que su rendimiento es deficiente si se reutiliza en otra celda. “Anticipamos que esto tendrá un impacto dramático tanto en la economía de las OPV como en el medio ambiente”.