Células solares basadas en un fenómeno de la física distinto

El efecto fotoeléctrico clásico es el fenómeno de la física en el que se basan las células solares tal como las conocemos. Pero ahora unos científicos han observado dentro de una molécula semiconductora orgánica un fenómeno que antes se creía exclusivo de los óxidos metálicos inorgánicos. Este descubrimiento revela un nuevo y muy eficiente mecanismo para captar luz y convertirla en electricidad. Esto podría redefinir el futuro de la energía solar, y dar lugar a paneles solares más ligeros, más baratos y más sencillos, fabricados con un solo material.

El avance es obra de un equipo encabezado por Biwen Li, del Laboratorio Cavendish, adscrito a la Universidad de Cambridge en el Reino Unido.

La clave para este logro ha sido una molécula semiconductora orgánica llamada P3TTM. En su centro se encuentra un único electrón desemparejado, lo que le confiere a la molécula propiedades magnéticas y electrónicas únicas.

El equipo desarrolló esta clase de moléculas para conseguir una luminiscencia muy eficiente, como la que se utiliza en los LEDs orgánicos, pero el nuevo estudio revela una capacidad extra.

En la mayoría de los materiales orgánicos, los electrones están emparejados y no interactúan con sus vecinos. Sin embargo, en el nuevo sistema, cuando las moléculas se compactan, la interacción entre los electrones desemparejados en los sitios vecinos los impulsa a alinearse alternativamente hacia arriba y hacia abajo. Al absorber luz, uno de estos electrones salta a su vecino más cercano, creando cargas positivas y negativas que pueden extraerse para generar una fotocorriente (electricidad).

El equipo demostró esto creando una célula solar a partir de una película de P3TTM. Cuando la luz incidió en el dispositivo, este logró una notable eficiencia de recolección de carga: casi cada fotón de luz se convirtió en una carga eléctrica utilizable.

La estructura básica que conduce a una eficaz luminiscencia también puede aprovecharse para generar electricidad a partir de la luz. (Imagen: Biwen Li / Cavendish Laboratory / University of Cambridge)

En las células solares semiconductoras moleculares convencionales, la conversión de los fotones absorbidos en electrones y huecos (electricidad) solo puede ocurrir en la interfaz entre dos materiales diferentes, donde uno actúa como donador de electrones y el otro como aceptor, lo que merma la eficiencia general.

Biwen Li y sus colegas exponen los detalles técnicos de su avance en la revista académica Nature Materials, bajo el título “Intrinsic intermolecular photoinduced charge separation in organic radical semiconductors”. (Fuente: NCYT de Amazings)