El zinc resulta ser la clave de las células solares orgánicas eficientes

En un artículo publicado en la revista Advanced Energy Materials, los científicos explican que las células solares orgánicas (OSC) se consideran el futuro de la energía fotovoltaica por sus características beneficiosas, como el peso ligero, la flexibilidad y la alta eficiencia de conversión. Sin embargo, la mayoría de los electrodos de las OSC utilizan óxido de indio y estaño (ITO), que es demasiado costoso y frágil para permitir que las OSC sean flexibles y de gran superficie.

Estas limitaciones les inspiraron a desarrollar un nuevo método para crear OSCs utilizando óxido de zinc (ZnO) para superar los problemas de coste y escalabilidad sin comprometer la eficiencia de conversión de energía (PCE).
 
En concreto, esta investigación fue el resultado de una colaboración entre la industria y la universidad, en la que el Instituto Gwangju desarrolló la tecnología original por primera vez en Corea y la transfirió a MSWAY Co., Ltd., que había dependido totalmente de las importaciones extranjeras, ya que la producción nacional de electrodos basados en ITO era impracticable. Con la nueva tecnología, se espera establecer una cadena de valor para la comercialización de los OSC con empresas de construcción y equipamiento, reforzando el valor de la investigación conjunta industria-universidad.

Cómo surgió la solución
Para hacer realidad su tecnología, el equipo utilizó ZnO pulverizado y una capa de nanopartículas de ZnO obtenida mediante una técnica de "recubrimiento de cuchillas" para crear una bicapa uniforme sobre un electrodo de película de plata ultrafina.

"El electrodo de película de plata ultrafina con bicapa de ZnO tiene la flexibilidad, la humectabilidad y la alta energía superficial del ITO, pero no es frágil ni caro. Esto facilita el uso de ZnO para la fabricación de células solares orgánicas y el desarrollo de una tecnología de impresión para la tecnología de células solares de gran superficie", dijo Hongkyu Kang, autor principal del estudio, en un comunicado de prensa.

Las nuevas OSC basadas en bicapas de ZnO demostraron una eficiencia del 7,67% para un área de módulo de 528 cm2, lo que las convierte en las OSC de gran superficie más eficientes en comparación con investigaciones anteriores. Esto se debió a la reducción de la "recombinación" de los portadores de carga en los OSC por parte de las nanopartículas cristalinas de ZnO que, a su vez, mejoraron su tensión de circuito abierto, es decir, la eficiencia de conversión de energía.
 
En opinión de los investigadores, la creación de estos OSC sin ITO con una gran superficie y la misma flexibilidad y eficiencia que los OSC basados en ITO puede suponer un cambio de juego para el futuro de la tecnología de las células solares.

"Nuestro método abre las puertas al uso comercial de estas OSC, como su integración en las paredes y ventanas de los edificios para conseguir edificios autosuficientes", afirma Kwanghee Lee, coautor del estudio. "De hecho, la superioridad de las OSC de gran superficie en términos de potencial comercial y eficiencia puede dar paso a una nueva era de generación de energía y ayudarnos en la lucha contra el cambio climático".