Nuevas vías hacia células solares orgánicas eficientes
Actualmente, el rendimiento de las películas de mezclas OPV —mezclas binarias de materiales donadores y materiales aceptores de electrones— se sitúa aproximadamente en el 10 %. Varios mecanismos de pérdida que impiden la extracción de las cargas fotogeneradas explican su baja eficiencia en la conversión energética. Se atribuyen principalmente a la nanomorfología desfavorable de las mezclas OPV que, en lugar de favorecer la extracción de cargas libres, favorecen su recombinación. Un equipo de científicos ha puesto en marcha el proyecto «Delayed luminescence spectroscopy of organic photovoltaic systems» (DELUMOPV), financiado por la UE, para proporcionar una visión más profunda de los procesos que actualmente limitan la eficiencia de la conversión energética en dispositivos orgánicos OPV procesados en disolución. A tal efecto, el trabajo se ha centrado en desarrollar una metodología para modificar la nanomorfología de las capas de modo que favorezca la extracción de cargas y se aumente la generación de fotocorriente. Además, en el ámbito del proyecto DELUMOPV se ha intentado identificar aceptores de electrones alternativos a los derivados de los fullerenos que se usan actualmente y que resultan caros. Los científicos han confirmado que la intensidad de la luminiscencia retardada de los estados retardados de excímeros (delplex) en el orden de los microsegundos está íntimamente ligada con la eficiencia en la generación de fotocorriente de los dispositivos OPV. En concreto, la dinámica de decaimiento de la luminiscencia retardada de los estados de transferencia de cargas ha aportado valiosa información relativa al transporte de cargas de las capas fotoactivas que se están investigando. Los resultados de los experimentos de extinción de la fotoluminiscencia inducida por campos eléctricos han mostrado que la recombinación de cargas libres y cargas atrapadas en los dispositivos OPV explican la luminiscencia por transferencia de cargas retardada. Los científicos han diseñado un banco de pruebas espectroscópico de última generación para estudiar la luminiscencia retardada de diferentes combinaciones de materiales. Para ello se han utilizado diversos materiales aceptores de electrones no basados en fullerenos, así como diversas matrices poliméricas donadoras de electrones. Mediante técnicas microscópicas, estos científicos han observado un efecto de memoria anteriormente desconocido en los compuestos poliméricos OPV. El empleo de una capa intermedia fina en los dispositivos OPV fabricada a partir de una capa fotoactiva polimérica ha facilitado la tarea de modificar su morfología para finalmente optimizar la extracción de cargas. Las actividades del proyecto DELUMOPV se han orientado hacia mantener la ventaja competitiva de la UE en los campos de la electrónica orgánica y la OPV. Cabe esperar que los hallazgos del proyecto sirvan de base de comparación entre los sistemas OPV basados en fullerenos y los no basados en fullerenos. Ello debe aportar una información valiosa que permitirá diseñar estructuras moleculares de nueva generación que combinen las ventajosas características tanto de los fullerenos como de otros polímeros.
Palabras clave
Energía fotovoltaica orgánica, conversión de energía, extracción de cargas, luminiscencia retardada, espectroscopia
