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En la Universidad Politécnica de Hong Kong (PolyU) han logrado una eficiencia de conversión de energía (PCE) del 19.31% con células solares orgánicas (OSC), también conocidas como poliméricas.
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 aceptador en la capa fotoactiva.
El equipo de investigación inventó una nueva técnica de regulación de la morfología de OSC mediante el uso de 1,3,5-triclorobenceno como regulador de cristalización. 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 publican 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 Gang, catedrático de Tecnología de Conversión de Energía y autor principal, dijo en un comunicado: "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".
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