Mejorando las células solares sensibilizadas con tintes

Las células solares sensibles a tintes utilizadas en condiciones de poca luz podrían funcionar de manera más consistente gracias a una mejor comprensión del papel que desempeñan dichos aditivos en la optimización de los electrolitos.

Las computadoras portátiles y los teléfonos móviles, entre otros dispositivos, podrían cargarse o alimentarse en interiores, lejos de la luz solar directa, utilizando células solares sensibles a estos tintes (DSC), que han logrado eficiencias de hasta el 34% a 1000 lux de una lámpara fluorescente.

Para lograr estas eficiencias se han utilizado electrolitos de cobre que contienen varias combinaciones de aditivos, con resultados variables hasta la fecha.

La interacción de estos aditivos con las especies de cobre en el electrolito ha sido una preocupación en los últimos años, y el progreso se ha visto socavado por la falta de comprensión del verdadero efecto de los diferentes aditivos.

Ahora, unas investigaciones financiadas por el Centro Australiano de Energía Fotovoltaica Avanzada (ACAP) y apoyadas por el Centro de Excelencia en Ciencias de los Excitones del ARC, han demostrado la importancia crucial de las moléculas 4-terc-butilpiridina (tBP) y 1-metil-benzimidazol (NMBI) como aditivos óptimos para maximizar el rendimiento de los mediadores redox del cobre. Los resultados se han publicado en la revista Advanced Energy Materials.

Se utilizaron análisis de difracción de rayos X, de absorción y espectroscopia de resonancia magnética nuclear para encontrar la combinación de aditivos que suprima de manera más eficiente las pérdidas por recombinación, lo que se traducirá en un mejor rendimiento de las células solares.

Un ejemplo de un dispositivo prototipo de célula solar sensibilizada con tintes. (Foto: Exciton Science/Monash University)

El primer coautor, el Dr. Sebastian Fürer, de la Universidad de Monash y de Exciton Science, dijo: "Los investigadores estaban antes un poco preocupados porque la tBP puede interactuar con los complejos de cobre y todo el mundo dijo, 'tratemos de evitarlo'. La gente pensó que esto es perjudicial para el rendimiento de la célula solar, pero lo miramos más de cerca. En realidad encontramos que es muy importante mantenerlo dentro porque reduce uno de los principales mecanismos de pérdida. Es un hallazgo muy emocionante. Así que, a partir de aquí, hay que pensar en esa interacción para tener eficiencias altas para estos dispositivos".

Según Sebastian, el empleo del aditivo correcto en los nuevos mediadores redox de cobre es ahora probable que se convierta en estándar en los futuros esfuerzos por mejorar el rendimiento de los DSC.

"No puedes dejarlo fuera, porque la célula solar pasa de un 9% de eficiencia a menos de un 1%. Es realmente una gran diferencia", dijo. "En lugar de tratar de evitar esa interacción, para el futuro, los investigadores tendrán que asegurarse de que esta interacción se produzca, pero solo de manera beneficiosa. Hemos mirado todas las partes diferentes y hemos resuelto una gran pregunta. Los resultados son muy concluyentes".

La primera coautora, la Dra. Rebecca Milhuisen, también de la Universidad de Monash, añadió: "Nuestros hallazgos identifican mecanismos cruciales de pérdida de rendimiento y son un paso más hacia el desarrollo de materiales de bajo coste para el transporte de cargas para la próxima generación de células solares".

El autor principal, el Profesor Udo Bach de la Universidad de Monash, cree que los resultados permitirán a los investigadores diseñar y crear con éxito una próxima generación de materiales más eficientes. "Las células solares imprimibles de bajo costo y sensibilizadas con tintes han experimentado un considerable aumento de la eficiencia en los últimos años", dijo. "Este aumento ha sido impulsado principalmente por la incorporación de nuevos compuestos a base de cobre que ayudan a la separación de las cargas foto-generadas. En nuestro artículo revelamos detalles hasta ahora desconocidos sobre la interacción de estos compuestos con otros aditivos en la célula solar que son la clave de su excelente rendimiento. Equipados con este nuevo conocimiento, podemos ahora diseñar la próxima generación de materiales de transporte de cargas basados en el cobre que deberían ser aún más eficientes". (Fuente: NCYT Amazings)