Aditivos moleculares que mejoran las propiedades mecánicas de las células solares orgánicas

Las células solares orgánicas son ideales para su uso en electrónica flexible debido a la naturaleza intrínsecamente maleable de los polímeros semiconductores. Las recientes investigaciones sobre la interacción entre el procesamiento, la termodinámica y la estabilidad mecánica de las capas fotoactivas típicas de las células orgánicas están proporcionando una comprensión más profunda de estos materiales de alto potencial.

Ganesh Balasubramanian, profesor asistente de Ingeniería Mecánica y Mecánica en la Universidad de Lehigh, y su estudiante de postgrado Joydeep Munshi se propusieron recientemente comprender cuán estables son estos materiales cuando se deforman, y si tales propiedades prometedoras son viables bajo duras condiciones de carga, cuando las células solares pueden estar sujetas a estiramiento y compresión. A través de experimentos computacionales, el equipo demostró que la adición de pequeñas moléculas a la mezcla de polímeros semiconductores mejora el rendimiento y la estabilidad del material utilizado en las células solares orgánicas. Predicen que esto también es cierto para el material utilizado en las células solares orgánicas en general.

El estudio se describe en un artículo publicado en la revista Soft Matter. Otros autores son: los profesores TeYu Chien de la Universidad de Wyoming y Wei Chen, de la Universidad Northwestern.

"Basándonos en la literatura anterior, anticipamos que las variaciones en los parámetros de procesamiento de los materiales influirían en la estructura así como en las propiedades térmicas y mecánicas de estas células solares", dice Balasubramanian. "Sin embargo, el hallazgo de que la presencia de pequeños aditivos moleculares puede aumentar las propiedades mecánicas de tales células solares es un nuevo conocimiento obtenido por este trabajo".

(Foto: Laboratorio del profesor Ganesh Balasubramanian (Group for Interfacial and Nanoengineering), Department of Mechanical Engineering and Mechanics, Lehigh University, Bethlehem, USA)

El equipo demostró que, además de la eficiencia de conversión de energía solar en eléctrica, la estabilidad mecánica y la flexibilidad de las típicas células solares orgánicas se ven significativamente afectadas por la presencia de aditivos moleculares.

"Esto podría resultar crucial para la comercialización de las células solares orgánicas", dice Balasubramanian.

Los resultados se lograron realizando simulaciones moleculares a gran escala en la supercomputadora Frontera, ubicada en el Centro de Computación Avanzada de Texas (TACC), de la Universidad de Texas en Austin, que es la supercomputadora académica más rápida del mundo. Las predicciones consistían en los mecanismos de deformación de la mezcla de polímeros en condiciones de tensión, así como en el examen de la estructura/morfología del material al cargarlo. El equipo de Balasubramanian ha sido uno de los primeros en utilizar Frontera.

Si bien se han considerado enfoques similares para interrogar las propiedades de los materiales fotovoltaicos orgánicos, la correlación entre la estructura del material y las propiedades elásticas no se había hecho antes, según Balasubramanian. Añadiendo aditivos moleculares a las mezclas poliméricas, se pueden fabricar materiales y dispositivos avanzados de energía solar que soportan condiciones extremas operativas de estrés-tensión, a la vez que ofrecen un rendimiento superior.

Y añade: "La investigación tiene el potencial de proporcionar nuevas direcciones para las prácticas científicas en este campo de investigación de materiales y energía (células solares)". (Fuente: NCYT Amazings)