Células solares orgánicas estables y totalmente imprimibles: PEDOT:F

En los últimos años, ingenieros de todo el mundo han intentado desarrollar tecnologías más sostenibles para producir energía eléctrica. Una de las soluciones más prometedoras son las células solares orgánicas. Las células solares orgánicas deben ser tanto eficientes como estables, para garantizar que puedan funcionar de manera confiable y durante largos períodos de tiempo. Idealmente, también deberían ser imprimibles usando tecnología específica, ya que esto simplificaría su fabricación a gran escala.

Los materiales de transporte de agujeros (HTM) son un componente clave de las células solares orgánicas totalmente imprimibles. Un HTM que se ha considerado prometedor para el desarrollo de células solares orgánicas imprimibles es el poli(3,4-etilendioxitiofeno):poliestireno sulfonato (PEDOT:PSS), un complejo polimérico conductor clásico que se utiliza a menudo para crear dispositivos imprimibles. A pesar de sus ventajas, PEDOT:PSS generalmente se dispersa en agua y muestra una fuerte acidez, lo que puede afectar negativamente la eficiencia y la estabilidad de las células solares basadas en PEDOT:SS.

Estas células solares orgánicas exhibieron una eficiencia de conversión de energía del 15% y retuvieron notablemente el 83% de su eficiencia inicial bajo iluminación continua con un seguimiento del punto de máxima potencia durante un total de 1330 horas

Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong y del Instituto de Materiales para Electrónica y Tecnología Energética (i-MEET) de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg han presentado recientemente un nuevo complejo polimérico conductor y disperso en alcohol similar a PEDOT:PSS, que supera algunas de las deficiencias del complejo polimérico. Este complejo polimérico, denominado PEDOT:F, se presenta en un artículo publicado en Nature Energy.

«El grupo ha estado trabajando en el polímero conductor de PEDOT:PSS desde que se construyó en 2013. El PEDOT:PSS tiene los inconvenientes de una fuerte acidez, mala humectación y absorción de humedad. Estos deterioran la eficiencia y la estabilidad del dispositivo«, comenta Yinhua Zhou, uno de los investigadores que llevaron a cabo el estudio.

Nueva formulación de complejo polimérico que se dispersa en agua y en alcoholes

El objetivo clave del trabajo reciente de Zhou y sus compañeros de investigación fue superar las limitaciones de PEDOT:PSS y permitir su uso para el desarrollo de células solares orgánicas eficientes, estables e imprimibles. Para ello, crearon una nueva formulación de complejo polimérico que se puede dispersar tanto en agua como en alcoholes.

«PEDOT: PSS se inventó en la década de 1990 y los investigadores se han quejado de sus inconvenientes desde 2000 hasta hoy, pero sin introducir soluciones viables«, afirma Zhou. «La nueva formulación dispersada en alcohol que se informa en este trabajo supera estos inconvenientes«.

Ayuda a la eficiencia y estabilidad del dispositivo

PEDOT:F, el nuevo complejo polimérico presentado por los investigadores, tiene ionómeros de ácido sulfúrico perfluorado como contraiones. A diferencia de los contenidos en PEDOT:PSS, estos ionómeros se pueden dispersar tanto en agua como en alcohol.

«La nueva formulación de PEDOT:F está dispersa en alcohol, lo que supera estos inconvenientes del PEDOT:PSS tradicional«, explica Zhou. «El PEDOT:F ayuda a la eficiencia y estabilidad del dispositivo. También abre la oportunidad de fabricar dispositivos optoelectrónicos con nuevas arquitecturas«.

Nuevos dispositivos flexibles y de área grande

El nuevo complejo polimérico disperso en alcohol presentado por este equipo de investigadores tiene excelentes propiedades humectantes y baja acidez. Como resultado, podría ayudar a superar las deficiencias del PEDOT:PSS dispersado en agua.

Usando su nueva formulación con las células solares orgánicas, Zhou y sus compañeros de investigación crearon energía fotovoltaica orgánica que se puede imprimir en su totalidad, desde el electrodo inferior hasta el superior. Estos dispositivos exhibieron una eficiencia de conversión de energía del 15% y retuvieron notablemente el 83% de su eficiencia inicial bajo iluminación continua con un seguimiento del punto de máxima potencia durante un total de 1330 horas.

«En nuestros próximos estudios, planeamos diseñar nuevas formulaciones de PEDOT:F«, concluye Zhou. «También planeamos usar PEDOT:F para crear nuevos dispositivos flexibles y de área grande«.

Fuente: Nature Energy.