Cómo un isómero en forma de hélice puede mejorar las células solares orgánicas

Imaginemos la tecnología como un coche de carreras corriendo a toda velocidad por una pista: sólo puede ir tan rápido como lo permita su motor. Pero justo cuando parecía que las células solares orgánicas se topaban con un obstáculo, llega 3PNIN, una molécula revolucionaria con forma de hélice, lista para impulsar su progreso y romper barreras.

Las células solares orgánicas (OSC) representan el pináculo de la energía renovable, sin embargo, ciertos componentes se han quedado muy atrás en la trayectoria de desarrollo en curso. En particular, los materiales de interfaz catódica (CIM) no han logrado mantener el impulso necesario para igualar la mejora continua de los OSC.

Los CIM desempeñan un papel fundamental a la hora de facilitar la conducción de corriente desde el metal al semiconductor y viceversa; por lo tanto, si no alcanzan el rendimiento del transporte de electrones, la eficiencia de conversión de energía (PCE) de los OSC se ve comprometida. En respuesta a este desafío, los investigadores profundizaron en la investigación de cómo la estructura molecular afecta el rendimiento general tanto de la célula como de los materiales de interfaz.

Dos compuestos en forma de hélice ejemplifican la influencia significativa que la configuración molecular puede ejercer para mejorar la funcionalidad de los CIM y, en consecuencia, el rendimiento fotovoltaico de los OSC.

Los investigadores publicaron sus resultados en Nanoinvestigación.

El estudio informó sobre dos isómeros, 3PNIN y 3ONIN, que son moléculas que comparten la misma fórmula pero que poseen disposiciones distintas de grupos terminales. Estas variadas disposiciones de grupo permiten que se produzcan diferentes interacciones intermoleculares dentro de un isómero que pueden no lograrse con el otro.

“En el vasto ámbito de las energías renovables, los OSC han ascendido a la prominencia, caracterizados por su arquitectura etérea, semitransparencia, producción rentable y ensamblaje impreso escalable, presagiando una nueva era en el impulso de tecnologías portátiles flexibles”, comentó el profesor Minghua. Huang, autor del estudio.

No se puede subestimar la importancia de esta tecnología en un mundo donde las fuentes de energía sostenibles han ganado un considerable impulso (y necesidad). Al probar los isómeros en forma de hélice presentados en esta investigación, los resultados revelaron que los dos compuestos pueden ejercer efectos muy diferentes según su configuración, y una variante supera a la otra en la mejora de la funcionalidad de los CIM.

3PNIN exhibe una estructura molecular más plana en comparación con su contraparte, 3ONIN. Esta disparidad estructural permite que los grupos con extremos limitados en 3PNIN queden más planos en relación con 3ONIN, lo que demuestra mejoras significativas en la funcionalidad, como la movilidad y la conductividad de los electrones. “Como resultado, los dispositivos OSC tratados con 3PNIN y 3ONIN arrojan PCEs de 17,73% y 16,82%, respectivamente”, dijo Huang.

3PNIN muestra una promesa significativa en la fabricación de un dispositivo térmicamente estable y al mismo tiempo mejora el PCE de los OSC, además de los beneficios de una movilidad y conductividad mejoradas en comparación con la tecnología predominante ampliamente utilizada para los CIM. Un mayor refinamiento de los dispositivos OSC tratados con el isómero 3PNIN tiene el potencial de mejorar las tasas de accesibilidad y eficiencia de esta fuente de energía.

Las mejoras en las OSC pueden ejercer un impacto generalizado en el panorama de las energías renovables y pueden extenderse a otros ámbitos de la tecnología que dependen de la electrónica orgánica.