La eficiencia de los polímeros orgánicos en celdas fotovoltaicas se acerca a la del silicio

La energía fotovoltaica se considera como una de las tecnologías más prometedoras y menos agresivas con el medio ambiente, pero todavía hay que mejorar su eficiencia y los materiales que se emplean para fabricar las placas fotovoltaicas. El silicio es el más utilizado por sus buenos niveles de aprovechamiento de la carga energética recibida –en torno al 25%–, pero es caro, lo que frena el despegue definitivo de la tecnología fotovoltaica.

Ahora, un equipo internacional en el particpan investigadores de la Universidad de Málaga (UMA), da a conocer en Nature Photonics una nueva aproximación que permite aumentar la eficiencia de las células solares basadas en materiales poliméricos. En el estudio también ha participado un equipo de la Northwestern University (EE UU) dirigido por el profesor Tobin J. Marks, premio Príncipe de Asturias en 2008 y uno de los más reconocidos especialistas a nivel mundial en electrónica orgánica y catálisis.

“La clave reside en el aumento del fill factor o factor de llenado, que es uno de los parámetros determinantes de la eficiencia del dispositivo. Con nuestra aproximación, hemos conseguido alcanzar valores de hasta el 80%, todo un avance teniendo en cuenta que hasta hace poco alcanzaba solo el 70%”, explica Rocío Ponce, coautora e investigadora del un equipo de la UMA que busca alternativas orgánicas al silicio que logren acercarse a su potencial como captador de energía solar, tengan un coste más reducido e incorporen a las celdas propiedades como la maleabilidad y la transparencia.

De momento la fabricación a gran escala de células solares de polímeros continúa sin ser rentable en términos económicos y energéticos, ya que aún mantienen una baja tasa de conversión de energía solar en energía eléctrica en comparación con el silicio (en torno al 25%, frente al 9% o 10% de los polímeros). Aun así, para Rocío Ponce el futuro de la energía solar pasará por los semiconductores orgánicos: “Las ventajas de los polímeros son muchas”, señala.

“Son materiales más económicos, fácilmente procesables y que permiten la modulación de sus propiedades electrónicas de forma sencilla. Estos materiales, depositados en plásticos, pueden llevar a la fabricación de dispositivos flexibles e incluso transparentes, lo que haría posible la colocación de células solares en las ventanas de nuestras casas sin perder visibilidad. Además los sistemas poliméricos permiten el uso de técnicas económicas, como la impresión en el proceso de fabricación, lo que abarata enormente los gastos de procesado”.

Para ello se ha trabajado en la modificación de la estructura de las células solares con derivados ‘dador-aceptor’ de poliotiofenos. Mediante la técnica de microscopio electrónico de transmisión se advirtió una separación de concentraciones de materiales dentro de la lámina activa de la celda, lo que según la doctora Ponce, que ha participado en la elucidación estructural químico-cuántica del estudio, fue decisivo para experimentar una mejora en la eficiencia.

“Con la aproximación experimental que hemos utilizado se crea una segregación de los distintos materiales activos en la célula solar (portadores de huecos y portadores de electrones), de forma que hay una zona más rica en un tipo de portador-dador y otra zona en la que predomina el otro portador-aceptor.

Las cargas han de separarse para generar un campo eléctrico capaz de proporcionar o almacenar energía eléctrica, por lo que esa microsegregación espacial ayuda a dicho propósito, generando un mayor fill factor que, junto al voltaje de circuito abierto y la corriente máxima, son la clave de la eficiencia en este campo”, afirma.

La Comisión Europea ha revelado en su último estudio sobre el sector que, a pesar de la crisis mundial, la producción de células fotovoltaicas ha mantenido su ritmo de crecimiento en el 10%, siendo Europa el líder en capacidad instalada, con más del 51% del total del planeta.