EspañolVistas:0 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2022-12-30 Origen:Sitio
Las OPV de mejor rendimiento desarrolladas por el equipo de CityU han logrado un PCE superior al 19 %, y el equipo espera superar el 20 % muy pronto. El descubrimiento es prometedor para la comercialización de OPV.
Las OPV, una tecnología de células solares basada en semiconductores orgánicos, se consideran un candidato prometedor para la energía limpia debido a su baja toxicidad material y su gran capacidad de sintonización molecular en materiales fotoactivos. Actualmente, la mayoría de los sistemas fotovoltaicos orgánicos de alto rendimiento adoptan una estructura de 'heterounión masiva' (BHJ), que consiste en materiales donantes y aceptores de electrones entremezclados en toda la capa activa del dispositivo (ver figura 1).
Al convertir la luz solar en electricidad en OPV, la energía de la luz solar crea excitones (un electrón cargado negativamente y un hueco cargado positivamente unidos), que luego se disocian en electrones libres y huecos en la interfaz donante-aceptor a nanoescala, generando portadores de carga (fotocorriente) y de ahí la electricidad.
Sin embargo, si estos portadores de carga no son recogidos por los electrodos y se encuentran nuevamente entre sí en la interfaz donante-aceptor, pueden recombinarse para formar el llamado 'excitón triplete de espín' de baja energía (T1), que consecutivamente se relaja hasta el estado fundamental, provocando una pérdida de energía en forma de calor y, por tanto, una pérdida de fotocorriente. Este proceso irreversible limita fuertemente el PCE máximo alcanzable de las OPV.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Alex Jen Kwan-yue, catedrático Lee Shau Kee de ciencia de materiales y director del Instituto de Energía Limpia de Hong Kong en CityU, superó este obstáculo inventando una novedosa estrategia de ingeniería de dispositivos para suprimir T1 formación y minimizar la pérdida de recombinación asociada, lo que llevó a la eficiencia récord de las OPV.
'Somos el primer equipo que logró modular T1 formación a través de la ingeniería de dispositivos sin cambiar las propiedades de los materiales fotoactivos y para revelar el mecanismo fundamental', dijo el profesor Jen. 'Usando esta estrategia, la hemos ampliado a otros 14 sistemas de materiales para mostrar la aplicabilidad universal de este estudio. ' Sus hallazgos fueron publicados en la revista científica. Energía de la naturaleza, bajo el título 'Pérdida por recombinación suprimida en energía fotovoltaica orgánica que adopta una arquitectura de heterounión plana mixta'.
Al reemplazar la arquitectura tradicional de heterounión masiva (BHJ) altamente entremezclada dentro de la célula solar con una 'heterounión plana mixta' (PMHJ) bastante desmezclada para reducir la interfaz donante-aceptor dentro de la capa activa de OPV, el equipo logró aliviar la pérdida de conversión de energía en las OPV al suprimir la recombinación de los portadores de carga. Este descubrimiento maximizó la fotocorriente de las OPV, lo que dio como resultado dispositivos con un PCE elevado, superior al 19 %.
'En comparación con la arquitectura tradicional de heterounión masiva entremezclada (BHJ), nuestra estrategia de heterounión planar-mixta (PMHJ) bastante desmezclada es capaz de suprimir la vía de pérdida mediada por estados de transferencia de carga en la interfaz donante-aceptor, ', explicó la profesora Jen. 'Revelamos que tener menos contactos entre donante y aceptor en una heterounión plana mixta minimiza la posibilidad de recombinación y da como resultado una T reducida1 concentración. Esto cambia fundamentalmente la impresión previa de los investigadores sobre las OPV: que cuanto más contactos entre donantes y aceptantes, mayor será el rendimiento de las OPV'.
'El equilibrio fotovoltaico-fotocorriente óptimo logrado como resultado de nuestra estrategia permite que las OPV tengan una eficiencia competitiva comparable a la de la energía fotovoltaica inorgánica', añadió el Dr. Francis Lin, postdoctorado en el Departamento de Química, que también participó en el estudio. Explicó que las células fotovoltaicas orgánicas tienen varias ventajas sobre sus contrapartes inorgánicas, como ser livianas y flexibles, como una película plástica delgada, y permitir una fabricación rentable mediante la producción de impresión rollo a rollo.
El equipo cree que su último descubrimiento proporciona una base integral para que la futura energía fotovoltaica orgánica alcance su plena promesa y estimule una nueva ola de estudios sobre los versátiles procesos fotofísicos en los semiconductores orgánicos.
Están solicitando una patente para el descubrimiento. 'Esperamos mejorar aún más el rendimiento de las OPV tras nuestro novedoso descubrimiento de la modulación de los procesos fotofísicos. Esto redefine el potencial máximo de las OPV para facilitar su comercialización', afirmó el profesor Jen.
El profesor Jen y el Dr. Lin, de CityU, y el profesor Zhang Chunfeng, de la Universidad de Nanjing, son los autores correspondientes del artículo. Los primeros autores incluyen al Sr. Jiang Kui, estudiante de doctorado en el Departamento de Química de CityU, que participó en la investigación cuando era asistente de investigación en el grupo del profesor Jen.
La investigación contó con el apoyo de varias fuentes de financiación, incluida la Cátedra Lee Shau-Kee (Ciencia de Materiales), CityU, la Comisión de Innovación y Tecnología de Hong Kong, el Consejo de Subvenciones de Investigación de Hong Kong, el Proyecto Principal de Guangdong de Estudios Básicos y Aplicados Investigación Básica y el Laboratorio Conjunto de Materiales Funcionales Magnéticos y Optoelectrónicos de Guangdong-Hong Kong-Macao.