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Las células solares híbridas tienen aplicaciones en electrónica Flexible y dispositivos portátiles
Nov 03, 2018

Comprensión del impacto de defectos superficiales es la base de la mejora de la eficiencia de células solares orgánicas/inorgánicas de híbrido.

              Las células solares híbridas utilizan una interfaz compuesta por capas de materiales orgánicos e inorgánicos para convertir luz solar en electricidad. Óxido de zinc (ZnO) es una opción popular para el material inorgánico porque es barata, no tóxica y fácilmente disponible.

Sin embargo, la eficiencia de conversión de híbridos de células solares utilizando heterojunctions a granel de ZnO y orgánica-los donantes es actualmente muy baja— sólo 2% ZnO es mezclada en un material orgánico de donantes. Por otra parte, ha alcanzado un rendimiento de 6,1 por ciento decente ZnO utilizando una capa intercalada entre un electrodo y una capa de polímero o aceptadores de moléculas pequeñas.

Jean-Luc Bredas desde el centro de investigación de ingeniería de energía solar fotovoltaica y Solar de KAUST y colega Hong Li sospecha que defectos intrínsecos en ZnO son un factor clave en el mal desempeño. Al comparar las diferencias en propiedades electrónicas diferentes materiales híbridos, llegaron a la conclusión que vacantes de cinc reducen eficacia de conversión por obstaculizar el proceso de separación de carga en la interfaz entre los materiales orgánicos e inorgánicos.

Es bien sabido que el ZnO adopta diferentes roles en heterojunctions a granel dependiendo del tipo de material orgánico y la arquitectura usada. Cuando está mezclado con un polímero o donantes de peso molecular pequeño como sexithienyl, ZnO asume el papel de aceptor de electrones: toma o "acepta" electrones y deja agujeros positivamente cargados en una capa de sexithienyl.

Cuando intercala entre un electrodo y una capa de aceptador fullerene, ZnO ayuda a transferencia los electrones de la capa de Fullereno al electrodo. Estos procesos permiten la eficiente conversión de la luz solar en electricidad.

Los investigadores utilizaron simulaciones por ordenador para examinar cómo vacantes de cinc en la superficie de óxido de zinc afectan estos dos procesos. Para la heterounión masiva de ZnO/sexithienyl, vacantes de cinc en la superficie del ZnO pueden dificultar la transferencia de la carga local en la interfaz de ZnO/sexithienyl y también pueden evitar la separación de carga eficiente debido a fuertes interacciones de Coulomb. Sin embargo, para la interfaz de ZnO/fullerene, dichas vacantes no afectan significativamente el proceso de transferencia de carga.

Por estas razones, los heterojunctions ZnO orgánicos desarrollados hasta ahora son ineficaces. En comparación, sin embargo, vacantes de zinc tienen significativamente mayor impacto negativo en ZnO/sexithienyl que en las interfaces de ZnO/fullerene. Los resultados tienen implicaciones importantes para el desarrollo de células solares híbridas, que tienen aplicaciones en la electrónica flexible y dispositivos portátiles.

"Lo que aprendimos de nuestras investigaciones es hasta qué punto los defectos en la superficie de la realización de óxidos metálicos como ZnO determinan las características en general electrónicas y, en última instancia, la eficiencia del dispositivo," señaló Bredas. Sugirió que los resultados indican posibles formas de mejorar la eficiencia de células solares a través de modificaciones de superficie.

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