En la Universidad de Ulm han desarrollado con éxito las primeras imágenes 3D de alta resolución de la estructura interna de una célula solar de polímero híbrido.
Esto les ayuda a adquirir importantes conocimientos sobre la estructura a nanoescala de las células solares poliméricas y sobre su eficacia cuando se utilizan para la generación de energía.
También recopilaron más información sobre los principios de funcionamiento de las células solares poliméricas. Stefan Oosterhout, que es el líder del equipo, dice que las imágenes, preparadas usando tomografía electrónica 3D, muestran cómo la estructura a nanoescala de la célula solar polimérica influye en su capacidad de producir electricidad.
Actualmente su eficiencia de conversión solar es de alrededor del dos por ciento solamente, pero lo más destacado de las células solares híbridas de polímero es su rentabilidad. Las células de polímero se pueden imprimir en procesos de rollo a rollo, a velocidades muy altas que las hacen comercialmente viables.
Son ligeros y flexibles, por lo que pueden utilizarse en prendas de vestir y vehículos, o también pueden fijarse a otros objetos cuando sea necesario. En resumen, serán rentables, flexibles y ligeros, es decir, tendrán los ingredientes necesarios para el éxito comercial.
La base polimérica y el óxido metálico son dos componentes importantes de las células solares híbridas. La base polimérica dona electrones y el óxido de metal los acepta. Los polímeros y los óxidos metálicos crean cargas en su interfaz cuando los rayos solares caen sobre ellos. La eficiencia del rendimiento depende del grado de mezcla de dos materiales.
Cuando los científicos recurren a la mezcla íntima, ayuda a aumentar el área de la interfaz donde se originaron las cargas. Pero crea obstáculos de otra manera. Los movimientos de las tasas están restringidos porque tienen que cubrir carreteras largas y sinuosas. Si optamos por dominios más grandes, dan exactamente los resultados opuestos.
A los científicos les encantaría manipular las estructuras a nanoescala, pero la naturaleza química de los polímeros y los óxidos metálicos varía enormemente, por lo que su gestión resulta difícil. Los investigadores de Eindhoven intentaron abordar este difícil problema. Utilizaron un compuesto precursor que se mezcla con el polímero y sólo se transforma en óxido de metal después de que se integra en la capa fotoactiva.
Esto allana el camino para una mezcla superior y permite extraer hasta el 50% de los fotones absorbidos como cargas en un circuito externo.
Las imágenes en 3D ayudaron enormemente a los científicos de Ulm. Pudieron examinar las distancias entre los dos componentes, la eficiencia de la generación de carga y qué cantidad de cada componente estaba conectada al electrodo.
El uso de la tomografía electrónica 3D soluciona el problema de la mezcla con un detalle sin precedentes en una nanoescala. Estos análisis cuantitativos de la estructura armonizaron completamente con el rendimiento observado de las células solares en la luz solar.
Los investigadores esperan que la visualización de la estructura permita mejorar las células solares de polímeros híbridos. Puede surgir de la mejora de la mezcla de los componentes o de la creación de polímeros que pueden interactuar con los óxidos metálicos.
