Cómo funcionan las células fotovoltaicas orgánicas

Dibujo20131212 Ultrafast Long-Range Charge Separation in Organic Semiconductor - science mag

Una célula fotovoltaica orgánica es una célula solar que utiliza una heterounión con uno de los materiales formado por moléculas orgánicas (como fullerenos). Su futuro es prometedor, pero su rendimiento es muy inferior al de las células de silicio o de arseniuro de galio. Para optimizar su eficiencia hay que entender en detalle su funcionamiento microscópico.

Se publica en Science el primer estudio experimental detallado de la separación de carga en células fotovoltaicas orgánicas. Los excitones (pares electrón-hueco) fotogenerados interaccionan con la interfaz entre el material donor y el aceptor separándose, los huecos se dirigen al ánodo y los electrones al cátodo; la distancia de separación es de al menos 4 nm (nanómetros) en sólo 40 fs (femtosegundos), suficiente para que la atracción eléctrica de Coulomb entre ambos sea inferior a su energía térmica; los electrones se comportan como partículas libres y generan una corriente eléctrica. El artículo técnico es Simon Gélinas et al., “Ultrafast Long-Range Charge Separation in Organic Semiconductor Photovoltaic Diodes,” Science, AOP 12 Dec 2013 [DOI].

Dibujo20131212 differences between microscopic and macroscopic time-resolved E field measurements - science mag

Dibujo20131212 separated charges - exciton - pi conduction band- science mag

Estudios previos habían sugerido que el funcionamiento de las células fotovoltaicas orgánicas se basaba en una rápida deslocalización de los excitones y una posterior separación más lenta de electrones y huecos (a escalas de picosegundos). Sin embargo, el nuevo trabajo muestra que la deslocalización de la carga es muy rápida (femtosegundos), siendo innecesaria una rápida deslocalización de los excitones para lograr una separación de carga de gran eficiencia. Este resultado podría redirigir el diseño de las células fotovoltaicas orgánicas hacia una dirección más prometedora.

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