Un grupo de investigadores dirigido por el Centro Riken para la Ciencia de la Materia Emergente de Japón ha fabricado una célula fotovoltaica orgánica intrínsecamente estirable (IS-OPV) que, según se informa, puede mantener altos niveles de eficiencia y, al mismo tiempo, soportar altas tensiones y la durabilidad del estiramiento cíclico.
En el artículo «Intrinsically stretchable organic photovoltaics by redistributing strain to PEDOT:PSS with enhanced stretchability and interfacial adhesion» (Fotovoltaica orgánica intrínsecamente estirable mediante la redistribución de la tensión a PEDOT:PSS con capacidad de estiramiento mejorada y adhesión interfacial), publicado en Nature Communications, los científicos explican que la célula se construyó sin capa de transporte de electrones (ETL) y con una capa de transporte de huecos basada en PEDOT: PSS que incorporaba el aditivo zwitterión 4-(3-etil-1-imidazolio)-1-butanosulfonato (ION E), el cual ayudó a la célula a lograr una alta extensibilidad al deslocalizar y redistribuir la tensión en el absorbedor a las capas subyacentes.
«El ION E mejoró sustancialmente la capacidad de estiramiento del PEDOT:PSS mediante el ajuste de su estructura cristalina y el refuerzo de la adhesión interfacial entre la capa de PEDOT:PSS y el sustrato de poliuretano (PU) a través de enlaces de hidrógeno reforzados», explicaron. «Además, empleamos una estrategia sencilla basada en la terpolimerización para sintetizar un polímero donante, el Ter-D18, que luego se mezcló con el aceptor de molécula pequeña Y6, dando lugar a un nuevo sistema activo que ayudó a lograr una alta eficiencia, así como propiedades mecánicas superiores».
También depositaron metal líquido eutéctico de galio-indio (EGaIn) sobre el absorbedor como cátodo superior, lo que, según dijeron, evitó que la interfaz absorbedor-cátodo afectara al rendimiento del dispositivo.
Propiedades mecánicas de las películas compuestas de capa PU//conductora PEDOT:PSS//PEDOT:PSS HTL//activa
Imagen: Riken Center for Emergent Matter Science, nature communications, Licencia común CC BY 4.0
Según el equipo de investigación, la estrategia de redistribución propuesta puede suprimir el inicio y la propagación de grietas en la célula, lo que a su vez reduce la degradación del rendimiento bajo altas tensiones de tracción y ciclos de deformación repetitivos.
Probada en condiciones de iluminación estándar, la célula alcanzó una eficiencia de conversión de energía del 14,2%. Además, demostró que, con una tensión de tracción del 52%, seguía alcanzando una eficiencia del 80%. Además, tras 100 ciclos de estiramiento a una tensión del 10%, la eficiencia seguía siendo del 95%.
«Esta estrategia de diseño de dispositivos no depende únicamente de la explotación de las propiedades mecánicas de la capa activa para conferir elasticidad a todo el dispositivo, sino que encierra un enorme potencial para probar otros sistemas activos de referencia, trazando así un nuevo camino hacia la fabricación de IS-OPV de alto rendimiento», afirman los académicos.
Otros investigadores del Centro Riken de Ciencias de la Materia Emergente de Japón fabricaron recientemente una célula solar OPV impermeable y flexible que puede utilizarse en electrónica portátil. Con un grosor de 3 micrómetros, se cree que es la primera célula de este tipo que sobrevive a un ciclo de lavadora y mantiene su eficacia tras varios ciclos.
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