Grafeno para mejorar la fotovoltaica orgánica

Share

Un grupo de investigación del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha creado una lámina de grafeno ultrafina con un grosor inferior a un nanómetro, que puede aplicarse al desarrollo de electrodos transparentes especiales para células solares orgánicas.

Los científicos afirman que el grafeno transferido utilizando su enfoque ha sustituido al óxido de indio y estaño (OI) comúnmente utilizado y ha permitido la fabricación de células solares orgánicas ultraligeras y estables en el aire con una eficiencia del 5,86%. “El grafeno, una forma de carbono puro cuyos átomos están dispuestos en un conjunto hexagonal plano, tiene propiedades eléctricas y mecánicas extremadamente buenas, y sin embargo es muy delgado, físicamente flexible y está hecho de un material abundante y barato”, explicaron los académicos.

“En este trabajo, no solo desarrollamos el proceso de transferencia roll-to-roll del grafeno utilizando parileno CVD, que dio como resultado una mayor conductividad en un área mayor, sino que también empleamos parileno como un sustrato ultrafino simultáneamente para la fabricación de fotovoltaicos orgánicos estables en el aire”. Mohammad Mahdi Tavakoli ha dicho a pv magazine que “la ingeniería de interfaces es un gran método para mejorar la calidad del grafeno transferido y reducir su número de defectos”.

El grupo utilizó una técnica de transferencia roll-to-roll para la liberación del grafeno de su sustrato de cobre original. En este proceso, una capa de parileno, que es uno de los polímeros más comunes utilizados como barrera de humedad y dieléctrica, se depositó en láminas de grafeno/cobre (Cu) cultivadas por deposición química de vapor (CVD). “Para transferir el grafeno directamente sobre los sustratos poliméricos flexibles y reducir la aparición de roturas, desgarros y daños en las láminas, es ventajoso un proceso de laminación entre el grafeno y el sustrato de polímero flexible”, dijeron los científicos.

El compuesto fue luego laminado sobre acetato de etileno y vinilo (EVA) y poli(tereftalato de etileno). “Ahora somos capaces de fabricar de forma fiable hojas de grafeno de gran superficie, transferirlas a cualquier sustrato que queramos, y la forma en que las transferimos no afecta a las propiedades eléctricas y mecánicas del prístino grafeno”, explicó el coautor de la investigación, Giovanni Azzellino.

La capa de grafeno recién formada basada en parileno, que según los científicos se ajusta a nivel atómico a las hojas de grafeno en las que se despliega, se aplicó a uno de los dos electrodos de una célula solar, mientras que otra capa de parileno se utilizó como sustrato de un dispositivo. La transmitancia óptica de la célula era de alrededor del 90% para la película de grafeno bajo luz visible. “La célula solar prototipo basada en grafeno mejora aproximadamente 36 veces la potencia suministrada por peso, en comparación con los dispositivos de última generación basados en ITO. También utiliza 1/200 de la cantidad de material por unidad de área para el electrodo transparente”, declararon los investigadores.

“Las películas de grafeno y parileno siempre están cara a cara”, añadió Azzellino. “Así que básicamente, la acción de dopaje siempre está ahí, y por lo tanto la ventaja es permanente.”

El grafeno puede transportar una carga mucho más rápido que la mayoría de los otros materiales debido a su gran movilidad, lo que lo convertiría en un excelente electrodo para las células solares de película delgada. Sin embargo, todavía se ve frenado por la extremadamente corta vida útil de la capa activa del dispositivo, lo que significa que los electrones excitados por la luz solar solo permanecen móviles durante un picosegundo, una millonésima de una millonésima de segundo.

Los investigadores de dos instituciones italianas afirmaron recientemente haber desarrollado una célula solar de silicio perovskita en tándem de dos terminales con una eficiencia de conversión de más del 26%.