Advanced Energy Materials destaca un estudio coliderado desde el CITENI para fabricar células solares orgánicas gruesas y eficientes
Advanced Energy Materials destaca un estudio coliderado desde el CITENI para fabricar células solares orgánicas gruesas y eficientes
Un equipo internacional, coliderado por el Grupo de Polímeros del Centro de Investigación en Tecnologías Navales e Industriales (CITENI) de la Universidade da Coruña (UDC), ha publicado en Advanced Energy Materials un estudio sobre cómo mejorar el rendimiento de células solares orgánicas con capas activas más gruesas. Mediante el análisis de 720 dispositivos, simulaciones avanzadas y aprendizaje automático, identificaron materiales que mantienen una alta capacidad de fotoconversión pese a emplear capas de varios cientos de nanómetros. En el trabajo colaboran también el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC), la Universidad de Heidelberg y el Centro Tecnológico EURECAT
La búsqueda de alternativas más sostenibles y accesibles a los paneles solares tradicionales, basados en silicio cristalino, ha impulsado el desarrollo de células solares orgánicas. A diferencia de las anteriores, estas emplean materiales basados en carbono para captar la luz y generar electricidad. Su fabricación promete ser más económica y con menor impacto ambiental, pero lograr una producción eficiente a gran escala sigue siendo un reto. El principal obstáculo es conseguir que la capa activa, capaz de transformar la luz en electricidad, tenga un buen rendimiento y sea suficientemente gruesa para facilitar su producción mediante técnicas de impresión de tintas, similares a las de una imprenta tradicional.
Un equipo internacional coliderado por el investigador Xabier Rodríguez, del Grupo de Polímeros del Centro de Investigación en Tecnologías Navales e Industriales (CITENI) de la Universidade da Coruña (UDC), ha logrado avances significativos para diseñar células solares orgánicas más gruesas y eficientes. El estudio, titulado “What Makes Thickness-Tolerant Organic Solar Cells?” publicado en Advanced Energy Materials, cuenta con la colaboración del ICMAB-CSIC, la Universidad de Heidelberg y el Centro Tecnológico EURECAT. La investigación se centra en identificar qué propiedades mejoran el rendimiento de las células solares cuando se fabrican con capas activas más gruesas, del orden de cientos de nanómetros: una característica clave para su producción mediante técnicas de impresión.
MÁS DE 700 DISPOSITIVOS Y 20 COMBINACIONES DE MATERIALES
Con inteligencia artificial y simulaciones avanzadas, el equipo de investigación ha analizado un total de 720 células solares con 20 combinaciones de materiales diferentes para entender qué hace que algunos materiales funcionen mejor que otros cuando la capa activa es más gruesa. Así han podido identificar patrones y hacer predicciones sobre qué combinaciones podrían ser más eficientes.
¿POR QUÉ IMPORTA EL GROSOR DE LA CAPA ACTIVA?
En una célula solar orgánica, la capa activa es la parte que absorbe luz y la convierte en cargas libres móviles, es decir, electricidad. En teoría, hacer esta capa más gruesa debería permitir capturar más luz y generar más electricidad, pero en la práctica no siempre es así. Algunos materiales pierden eficiencia a medida que aumenta el grosor, mientras que otros siguen funcionando bien.
El estudio identificó dos grandes grupos de materiales orgánicos fotoactivos:
- Materiales sensibles al grosor: que pierden eficiencia cuando la capa es demasiado gruesa debido a que los electrones no consiguen ser extraídos eficientemente.
- Materiales resistentes al grosor: que siguen funcionando bien incluso con mayores espesores, superiores a los 200 nanómetros.
SIMULACIONES AVANZADAS PARA ENTENDER EL COMPORTAMIENTO DE LAS CÉLULAS SOLARES
Para comprender cómo se comportan a nivel electrónico las células solares, el equipo recurrió a simulaciones avanzadas de Monte Carlo Cinético (del inglés, KMC). Estos modelos permitieron evaluar la eficiencia de las células solares con capas gruesas en función de la nanoestructura de los materiales que absorben la luz. Además, utilizaron herramientas de inteligencia artificial y aprendizaje automático basado en árboles de decisión para analizar los datos y detectar patrones en sus experimentos, recopilados a lo largo de varios años de trabajo.
Los modelos predictivos mostraron que la clave para mejorar el rendimiento de las células solares es usar materiales que absorban la luz de manera complementaria y en proporciones equilibradas. Es decir, los dos materiales semiconductores que componen la capa activa deben estar mezclados de manera proporcional, de forma que uno absorba la luz en un rango donde el otro no puede. Esto permite aprovechar mejor la luz y aumentar la eficiencia de conversión en electricidad, incluso cuando las capas son más gruesas.
EL CAMINO HACIA UNA ENERGÍA SOLAR MÁS SOSTENIBLE Y EFICIENTE
Este avance es significativo porque permitiría la producción en serie de células solares con capas más gruesas mediante técnicas de impresión: un método económico, escalable y sostenible que podría acelerar la adopción de la energía solar orgánica de manera masiva.
El equipo de investigación confía en que este hallazgo ayude a mejorar la estabilidad y el rendimiento de las células solares orgánicas, acercándolas un paso más a su uso comercial, tanto en ambientes interiores (dispositivos IoT para Internet de las Cosas) como exteriores y también en aplicaciones concretas, como invernaderos.
*Referencia: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202405735
