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La absorción de oxígeno en las células solares orgánicas induce la disminución de la corriente y aumenta la resistencia eléctrica. Por su parte, el agua provoca la aparición de barreras energéticas en estos dispositivos. Investigadores de la Universidad Rey Juan Carlos lo han comprobado tras analizar el impacto de la exposición a diferentes condiciones atmosféricas. Los resultados proporcionan datos relevantes para el diseño y la fabricación de nuevas células con técnicas de bajo coste.
Las células solares basadas en materiales orgánicos presentan muchas ventajas frente a las convencionales de silicio. Son más ligeras, semitrasparentes y tienen espesores reducidos. Además, se pueden fabricar en sustratos flexibles, como el tereftalato de polietileno (PET), plástico muy utilizado en envases de botellas, y con tecnologías de bajo coste. Sin embargo, estas células se degradan con más facilidad que las células tradicionales.
Ahora investigadores de la Universidad Rey Juan Carlos (URJC) han analizado el impacto de la exposición a diferentes condiciones atmosféricas. En este estudio, publicado en la revista Solar Energy Materials and Solar Cells, ha participado Belén Arredondo, investigadora del Grupo de Dispositivos Electrónicos y Fotónicos Orgánicos de la URJC, junto con investigadores del National Physical Laboratory de Inglaterra y la Universidad Técnica de Dinamarca.
En este trabajo se ha analizado la degradación en diferentes atmósferas de células solares orgánicas flexibles fabricadas mediante la técnica de bajo coste ‘roll-coating’. Para ello estos dispositivos han sido caracterizados mediante la técnica de espectroscopía de impedancias con el objetivo de determinar los diferentes mecanismos que los degradan: solo agua, solo oxígeno y agua más oxígeno.
Los resultados revelan que el oxígeno y el agua degradan de manera diferente las células. “Por un lado, la absorción y difusión de oxígeno en la célula introduce defectos que disminuyen dramáticamente la corriente fotogenerada por la célula. Además, la interacción con el oxígeno aumenta la resistencia eléctrica de algunas capas de la célula”, afirma Arredondo.
Por otro lado, los investigadores han observado que en la estructura de las células expuestas a agua aparecen barreras energéticas que empeoran la respuesta de la corriente y la tensión en el punto de máxima potencia. En consecuencia, la eficiencia de la célula disminuye.
Aplicaciones potenciales
Determinar los mecanismos de degradación es fundamental para diseñar un proceso de fabricación de las células solares que tenga en cuenta dichos factores y los reduzca al mínimo.
“Este estudio tiene especial relevancia ya que se han usado células flexibles que podrían adaptarse en superficies con formas diferentes y fabricadas con técnicas de bajo coste”, destaca la investigadora. Este tipo de células tiene potenciales aplicaciones en dispositivos portables, pequeños y de bajo consumo como, por ejemplo, calculadoras, fundas de portátiles o móviles.
Referencia bibliográfica:
B. Arredondo, B. Romero, M.J. Beliatis, G. del Pozo, D. Martín-Martín, J.C. Blakesley, G. Dibb, F.C. Krebs, S.A. Gevorgyan, F.A. Castro. "Analysing impact of oxygen and water exposure on roll-coated organic solar cell performance using impedance spectroscopy". Solar Energy Materials and Solar Cells, Volume 176, 2018, Pages 397-404, ISSN 0927-0248, https://doi.org/10.1016/j.solmat.2017.10.028
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