Un equipo de la Universidad de Murcia mejora la eficiencia de células solares de perovskita, gracias a un material orgánico que potencia el transporte de la energía en el interior de esta nueva generación de paneles fotovoltaicos.
La energía fotovoltaica está a las puertas de una nueva revolución, que hará posible placas solares mucho más ligeras e incluso flexibles. Estos avances se deben a una nueva generación de células solares de perovskita y semiconductores orgánicos, con propiedades más avanzadas que permiten, literalmente, imprimir paneles en tejidos de todo tipo.
Ventajas de las células solares de perovskita
El prometedor futuro de estas nuevas células solares se ha visto recientemente impulsado por la incorporación de la perovskita, un material con excelentes propiedades para la conversión de energía solar. Actualmente se trabaja en el desarrollo de esta nueva generación de dispositivos para mejorar su eficiencia y durabilidad, así como para abaratar la energía producida.
Parte de la mejora de estas nuevas células solares se debe a nuevos compuestos orgánicos más avanzados, con los que se mejoran todavía más las prestaciones de estos paneles. Uno de los grupos que trabaja en este campo está asentado en la Universidad de Murcia y ha conseguido desarrollar un compuesto orgánico que facilita el transporte de carga en el interior de la célula fotovoltaica, lo que le permite multiplicar la producción de energía eléctrica de una tecnología de células solares, ya de por sí, más que interesante.
Mejora de la carga en las células solares
Este resultado es fruto del proyecto Sistemas conjugados para el transporte selectivo de carga en células solares de perovskita, financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, y que ha dirigido el investigador del Departamento de Química Orgánica de la Universidad de Murcia, David Curiel Casado.
Uno de los investigadores que ha participado en este proyecto es Isaac Giménez Sonsona, que ha gozado de un contrato postdoctoral de la Fundación Séneca con cargo a las Ayudas para la contratación de investigadores posdoctorales y gestores de la innovación cofinanciadas por Fondo Social Europeo en un 91,89%.
Giménez Sonsona ha trabajado en el desarrollo de este nuevo material orgánico, cuya función es, por así decirlo, hacer de transportador de carga eléctrica hacia los electrodos, para mejorar la conversión de la energía captada del Sol en electricidad.
Capas de los paneles solares
Para que se entienda mejor, estas células solares de última generación constan de varias capas de diferentes materiales. En la capa fotoactiva, formada por la perovskita, se absorbe la luz solar y se generan cargas eléctricas. Estas cargas se transportan a través de las capas adyacentes para dar lugar a la producción de una corriente eléctrica.
Cuanto mejor viajen esas cargas, mayor será la producción de electricidad. Y es precisamente ahí, en la mejora del transporte de la carga, en la que se ha actuado en el marco de este proyecto de la Universidad de Murcia.
Isaac Giménez Sonsona explica que su trabajo ha consistido en el desarrollo de un tipo de material orgánico que funciona como transportador de huecos, portadores de carga positiva. Para ello, dice, han tenido que diseñar nuevas moléculas orgánicas, en cuya estructura reside el éxito de esta mejora de la eficiencia de las células solares de perovskita.
Material orgánico con orden molecular
“Uno de los problemas de los materiales orgánicos cuando son utilizados como semiconductores es que, una vez depositados como películas finas, pueden tener un cierto desorden a nivel molecular. Entonces, nosotros hemos diseñado moléculas con diferentes motivos estructurales, que permitan establecer interacciones adicionales entre ellas, mejorar ese ordenamiento supramolecular y así mejorar el transporte de carga”, concreta Isaac Giménez Sonsona.
Lo primero en esta investigación ha sido dar con el diseño molecular adecuado. Después, la síntesis de los materiales orgánicos, con la idea de que ese compuesto se deposite y se forme esa capa en el dispositivo, con la que se mejora las propiedades de transporte de carga del material.
Dicho así parece sencillo, pero la verdad es que la parte de la síntesis de este nuevo material orgánico es la que más tiempo ha llevado en este proyecto de investigación.
Estudios sobre las prestaciones de las nuevas células solares de perovskita
Cuando lograron sintetizar el material realizaron estudios para analizar sus prestaciones, mediante técnicas como la voltametría cíclica, absorción ultravioleta visible y termogranimetría, con las que se estudiaron sus “propiedades térmicas, ópticas, electrónicas y morfológicas”.
Una vez que las prestaciones del material son las adecuadas, se afrontó otra fase del proyecto nada sencilla, en la que se trabajó en el diseño de una arquitectura de la célula solar, para integrar todos los materiales que intervienen en las diferentes capas del dispositivo.
“Ahí viene un nuevo reto, que es optimizar todas esos materiales del dispositivo y optimizar las diferentes variables, para llegar a una célula solar que presente las mejores eficiencias”.
Fabricaron células solares
Aunque el grupo de investigación dirigido por David Curiel hace ciencia básica, en este proyecto ha dado más y ha llegado a fabricar diferentes células solares, con las que han realizado una serie de pruebas y han comprobado las propiedades de los nuevos materiales orgánicos desarrollados.
Así, han cerrado un proyecto de investigación que contribuye a la mejora de estos sistemas de producción de energía verde.
Una investigación, por otra parte, bastante novedosa, con la que se ha obtenido un ordenamiento de las moléculas y se ha mejorado la tendencia al desorden de los materiales orgánicos y, por tanto, a la mejora de la capacidad para producir electricidad de este tipo de placas solares que, en unos años, podrían contribuir a un mayor despliegue de la energía solar encontrando aplicaciones muy innovadoras.
