Complutecno: Medioambiente / Materiales avanzados

Nuevos polímeros orgánicos semiconductores con bajo gap electrónico para células solares orgánicas

Descripción:

Se lleva a cabo la síntesis de polímeros solubles con bajo gap electrónico que puedan ser incorporados, mediante técnicas de deposición en disolución, en células solares orgánicas de bajo coste que puedan complementar a las más costosas células solares basadas en semiconductores inorgánicos.

Existen en la actualidad distintas tecnologías en desarrollo que se basan en sistemas poliméricos conjugados y que incluyen su utilización en dispositivos electrónicos, optoelectrónicos y electromecánicos. Entre ellos, la aplicación de materiales plásticos poliméricos a la fabricación de dispositivos optolectrónicos como diodos orgánicos emisores de luz (OLEDs), células solares orgánicas (OSCs) o transistores orgánicos de efecto campo ha permitido el desarrollo de una moderna tecnología para la creación de dispositivos electrónicos de muy bajo coste, ligeros e incluso flexibles, capaces de realizar las funciones de componentes electrónicos tradicionales, mucho más costosos y pesados, derivados de materiales semiconductores tradicionales como el silicio.

Una de las más importantes aplicaciones de los materiales poliméricos orgánicos semiconductores ha sido su utilización como materiales activos en células fotovoltaicas. El principal interés en esta nueva tecnología es la noción de que los dispositivos basados en películas finas de polímeros orgánicos ofrecen nuevas posibilidades en este campo, en combinación con la existencia de una tecnología barata ya desarrollada en la fabricación de diodos emisores de luz (LEDs) con materiales de tipo plástico. Por otro lado, la flexibilidad proporcionada por la química orgánica en lo que respecta al diseño molecular permite acceder a las propiedades deseadas, como elevada eficiencia cuántica, flexibilidad mecánica e incluso el color y la transparencia parcial del dispositivos, siendo esto último un posible prerrequisito para la aceptación general de las células solares en arquitectura moderna.

¿Cómo funciona?:

Fig. 1: El proceso de fabricación de una célula solar orgánica comienza con la síntesis de sistemas aceptores de electrones generalmente derivados de fullereno.

En el momento actual, uno de los factores limitantes para la conversión eficaz de energía en las células solares es la pobre concordancia entre el espectro de absorción de la capa activa y la distribución espectral de longitudes de onda en la radiación solar. Los polímeros conjugados más utilizados en células de heterounión en bloque son poli(p-fenilenvinilenos) y politiofenos con una separación de bandas (“band gap”) óptico de 2.0-2.2 eV. El uso reciente de materiales de bajo “gap” con una mejor coincidencia de la absorción del polímero con el espectro de emisión solar, ha mostrado ser una estrategia eficaz para incrementar el número de fotones absorbidos y, con ello, la eficiencia fotovoltaica de la célula.

En el momento actual, uno de los factores limitantes para la conversión eficaz de energía en las células solares es la pobre concordancia entre el espectro de absorción de la capa activa y la distribución espectral de longitudes de onda en la radiación solar. Los polímeros conjugados más utilizados en células de heterounión en bloque son poli(p-fenilenvinilenos) y politiofenos con una separación de bandas (“band gap”) óptico de 2.0-2.2 eV. El uso reciente de materiales de bajo “gap” con una mejor coincidencia de la absorción del polímero con el espectro de emisión solar, ha mostrado ser una estrategia eficaz para incrementar el número de fotones absorbidos y, con ello, la eficiencia fotovoltaica de la célula.

Ventajas:

La inversión en este campo permitirá el desarrollo de una tecnología fotovoltaica barata. Junto con las ventajas que esto conlleva en términos económicos se alcanzarán también beneficios medioambientales derivados del empleo de energías renovables.

¿Dónde se ha desarrollado?:

La tecnología se ha desarrollado en el Departamento de Química Orgánica de la Facultad de Ciencias Químicas. El Grupo de Investigación desarrolla nuevos polímeros orgánicos con bajo gap, estudia sus propiedades electroquímicas y fotofísicas y selecciona los materiales más adecuados para ser utilizados en la fabricación de células solares orgánicas. Se busca colaboración con empresas interesadas en la incorporación de estos materiales en células solares orgánicas y en el desarrollo de tecnologías fotovoltaicas de bajo coste basadas en la utilización de materiales orgánicos.

Y además:

Los nuevos polímeros sintetizados o no sólo presentan un óptimo solapamiento con el espectro solar sin que también están diseñados para un adecuado solapamiento con las funciones de trabajo de los electrodos así como para permitir un transporte eficaz de las cargas a los electrodos lo que supone una ventaja adicional con respecto a los materiales que se vienen utilizando en la actualidad.