Nuevo modo de evaluar el desgaste de células solares orgánicas

Cargar el teléfono, mirar la televisión, ir al trabajo en coche o autobús, lavar la ropa o calentar comida en un microondas. Para todas estas actividades y muchísimas más, se necesita energía. En física, la energía de un cuerpo es la capacidad de realizar un trabajo. Esta energía puede existir de forma potencial, cinética, térmica, eléctrica, química, nuclear, entre otras formas. Cuando cargamos nuestro teléfono, por ejemplo, necesitamos energía eléctrica, que habitualmente se genera mediante turbinas de vapor que utilizan combustibles fósiles (carbón, gas natural o petróleo) o energía nuclear. Debido a la cantidad limitada de combustibles fósiles y sus efectos negativos sobre el clima, el medio ambiente y la salud, así como los peligros inherentes al almacenamiento de materiales nucleares, la energía procedente de fuentes naturales renovables y sostenibles como la eólica, la solar o la hidráulica, gana popularidad día tras día. Entre estos recursos naturales, la energía del sol se caracteriza por ser ilimitada y no verse afectada por el cambio climático. Una posible forma de convertir la irradiación solar en electricidad es con el uso de células solares (también llamadas celdas solares).

Un equipo investigador formado por miembros del grupo de investigación Sistemas Nanoelectrónicos y Fotónicos (NePhoS) del Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática de la Universidad Rovira i Virgili (URV) en Tarragona y del grupo del investigador Emilio Palomares en el Instituto Catalán de Investigación Química, está trabajando desde hace años en el estudio de las células solares. En su último trabajo, dan un paso más hacia la sostenibilidad utilizando materiales semiconductores orgánicos como polímero plástico o moléculas pequeñas en capas activas para convertir la irradiación solar en electricidad. Estas nuevas células solares son del tipo conocido como «célula solar orgánica».

En los últimos años, la tecnología de las células solares orgánicas ha alcanzado un hito importante hacia la comercialización al superar el 10% de la eficiencia (el parámetro que calcula la parte de la irradiación solar que puede convertirse en electricidad por efecto fotovoltaico) y ahora se acerca ya al 20% de eficiencia. No es solo debido a este objetivo que la célula solar orgánica ha captado una gran atención entre las comunidades científicas e industriales. Esta clase de dispositivo tiene otras propiedades potenciales que lo hacen muy atractivo, como su semitransparencia, flexibilidad, ligereza, bajo coste, respeto hacia el medio ambiente o la escalabilidad para la fabricación. Sin embargo, estas interesantes propiedades no son los únicos requisitos para que la célula solar orgánica dé el salto del laboratorio al mercado.

El objetivo principal de los investigadores es hacer que este dispositivo sea más duradero y que aumente su vida útil, de modo que pueda fabricarse en una producción a gran escala. A tal fin, el equipo de investigación, encabezado por Alfonsina Abat Amelenan Torimtubun, ha realizado un estudio de estabilidad de células solares orgánicas de acuerdo con el protocolo de estabilidad ISOS para entender su mecanismo de degradación. Su objetivo final es encontrar estrategias para alargar la vida útil de esta tecnología, especialmente en el almacenamiento.

Alfonsina Abat Amelenan es la autora principal del estudio. (Foto: URV)

Dado que el mecanismo de degradación de la célula solar orgánica es altamente complejo, una caracterización eléctrica sencilla, utilizando principalmente medidas de densidad y tensión de corriente, no es suficiente para proporcionar información sólida con la que entender el proceso de degradación de la célula solar. Este estudio representa una novedad en su campo, puesto que los autores han combinado por primera vez dos potentes técnicas de espectroscopia de impedancia y medida de fotovoltaje-fotocorriente transitoria para estudiar la degradación de la vida útil. Además, han aplicado el protocolo ISOS-D1 en las células solares orgánicas bajo distintos entornos para cuantificar el tiempo de vida y la estabilidad y para identificar los mecanismos de degradación predominantes en el mismo. También han realizado una estrategia invertida y han comparado tres capas de transporte de electrones distintos para saber cuál es la mejor estrategia para mejorar la vida útil de las células solares orgánicas. Los principales hallazgos de su trabajo sugieren que la principal causa de degradación de las células solares orgánicas son la generación de trampas de oscuridad en la interfaz y la exposición al aire.

Este estudio se titula “Shelf lifetime analysis of organic solar cells combining frequency and time resolved techniques”. Y se ha publicado en la revista académica Sustainable Energy Fuels. (Fuente: URV)