Investigadores de la Universidad Politécnica de Hong Kong (PolyU) han logrado una eficiencia de conversión de energía (PCE) revolucionaria del 19,31 % con células solares orgánicas (OSC), también conocidas como células solares poliméricas. Esta notable eficiencia OSC binaria ayudará a mejorar las aplicaciones de estos dispositivos avanzados de energía solar.
La PCE (eficiencia de conversión de energía), una medida de la energía generada a partir de una irradiación solar determinada, se considera un punto de referencia importante para el rendimiento de la energía fotovoltaica (PV), o paneles solares, en la generación de energía. La eficiencia mejorada de más del 19% que lograron los investigadores de PolyU constituye un récord para las OSC binarias, que tienen un donante y un aceptor en la capa fotoactiva.
Dirigido por el Prof. LI Gang, Catedrático de Tecnología de Conversión de Energía y Sir Sze-Yen Chung Profesor Dotado de Energía Renovable en PolyU, el equipo de investigación inventó una nueva técnica de regulación de la morfología de OSC mediante el uso de 1,3,5-triclorobenceno como cristalización. regulador. Esta nueva técnica aumenta la eficiencia y la estabilidad de OSC.
El equipo desarrolló una estrategia de manipulación de estado intermedio (ISM) no monotónica para manipular la morfología de OSC de heterounión masiva (BHJ), que optimiza simultáneamente la dinámica de cristalización y la pérdida de energía de OSC sin fullereno. A diferencia de la estrategia de usar aditivos de solventes tradicionales, que se basa en una agregación molecular excesiva en las películas, la estrategia ISM promueve la formación de un apilamiento molecular más ordenado y una agregación molecular favorable. Como resultado, la PCE aumentó considerablemente y se redujo la pérdida por recombinación no radiativa indeseable. En particular, la recombinación no radiativa reduce la eficiencia de generación de luz y aumenta la pérdida de calor.
Los hallazgos del equipo de investigación se describen en el estudio «19,3% de células solares orgánicas binarias y baja recombinación no radiativa habilitada por la transición de estado intermedio no monotónico» publicado en Nature Communications. La conversión de la energía solar en electricidad es una tecnología fundamental para conseguir un medio ambiente sostenible. Aunque los OSC son dispositivos prometedores que aprovechan la energía solar de manera rentable, su eficiencia debe mejorarse si se van a utilizar ampliamente en aplicaciones prácticas.
Las células solares orgánicas basadas en aceptores no fullerénicos representan la frontera de la investigación en el campo de la energía fotovoltaica orgánica debido a las innovaciones en la manipulación de materiales y morfología. Sin embargo, la supresión de la pérdida por recombinación no radiativa y la mejora del rendimiento se encuentran en el centro de la investigación con células orgánicas.
El profesor Li dijo: «Los desafíos en la investigación provinieron de los métodos de control de morfología de referencia basados en aditivos existentes, que sufren de pérdida de recombinación no radiativa, lo que reduce el voltaje de circuito abierto debido a la agregación excesiva». El equipo de investigación tardó unos dos años en idear una estrategia ISM no monotónica para aumentar la eficiencia de la OSC y reducir la pérdida por recombinación no radiativa. La publicación del estudio promete impulsar la investigación de la OSC.
El profesor Li dijo: «El nuevo hallazgo hará que la investigación de OSC sea un campo emocionante, y esto probablemente creará enormes oportunidades en aplicaciones como la electrónica portátil y los fotovoltaicos integrados en edificios». La nueva puerta se abrirá cuando los OSC de unión simple de bajo costo puedan lograr un PCE de más del 20%, junto con un rendimiento más estable y otras ventajas únicas como flexibilidad, transparencia, capacidad de estiramiento, bajo peso y color ajustable.
El Prof. Li ha sido reconocido como Investigador Altamente Citado 9 años seguidos desde 2014, lo que demuestra su impacto significativo en la investigación global. Sus contribuciones pioneras a la investigación de células solares poliméricas desde 2005 han aportado una influencia sostenible en el desarrollo de energía solar imprimible con reconocimiento mundial.
Como base de la investigación en el campo OPV, el estudio del profesor LI titulado «Células fotovoltaicas de polímeros procesables de solución de alta eficiencia mediante la autoorganización de mezclas de polímeros» se publicó en Nature Materials en 2005. Esto representó el avance de investigación de primera generación de OPV que ha impulsado la tecnología solar. de este estudio de frontera.
En 2010, se publicó en Materiales avanzados.
El profesor Li dijo: «El último estudio muestra una pérdida de recombinación no radiativa baja récord de 0,168 eV en un OSC binario con una PCE de más del 19 %. Este es un resultado muy alentador para la investigación de larga data sobre los OSC que he realizado. llevado a cabo durante las últimas dos décadas. Ya hemos logrado una mejor eficiencia de OSC, y esto posteriormente ayudará a acelerar las aplicaciones de la energía solar».
Referencias: Nature Materials 4, 864-868 (2005). Solución de celdas fotovoltaicas de polímeros procesables de alta eficiencia mediante la autoorganización de mezclas de polímeros. Materiales Avanzados vol. 22, número 20 (2010). Para un futuro brillante: células solares de polímero de heterounión a granel con una eficiencia de conversión de energía del 7,4 %.
