Si se puede aplicar a una amplia gama de materiales poliméricos, éste podría conducir a una nueva forma más rápida y barata de fabricar células solares de plástico para aplicaciones tales como dispositivos electrónicos portátiles, células fotovoltaicas integradas en materiales de construcción, y tejidos inteligentes.
Las células solares de polímeros no son tan eficientes como las de silicio en la conversión de la luz solar en electricidad, pero son ligeras y baratas, un compromiso que podría hacerlas prácticas para algunas aplicaciones. Además, son compatibles con las técnicas de impresión de gran superficie, como el procesado de rollo a rollo. Sin embargo, la fabricación de estas células solares es un reto, porque si los polímeros no están alineados a escala nano, los electrones no pueden salir de la celda. Actualmente, los investigadores están utilizando unos pasos de post-procesado para conseguir esta alineación. La eliminación de estos pasos extra, tienen la esperanza los investigadores de la Universidad de Michigan, que reduzcan los costes y la complejidad de fabricación.
"Nuestra estrategia resuelve una serie de problemas al mismo tiempo", L. Jay Guo, profesor de ingeniería eléctrica de la Universidad de Michigan. Su proceso consiste en aplicar una pequeña cantidad de la fuerza con una membrana permeable durante el proceso de impresión. El proceso permite que los disolventes de impresión se evaporen y da lugar a capas de polímero bien ordenadas--eliminando la necesidad del post-procesado. Estas mejoras en la estructura de la capa activa de la célula tienen una ventaja adicional: las células fabricadas mediante esta técnica requieren un menor número de capas de material que las células solares poliméricas fabricadas con otros métodos. Este trabajo ha sido descrito en la revista Advanced Materials.
Cuando la luz de una determinada longitud de onda cae sobre el material semiconductor de una célula solar, ésta crea electrones y huecos de carga positiva. Para generar una corriente externa, la célula debe separar los electrones de los huecos para que puedan irse. Esta separación no se da tan fácilmente en polímeros como en materiales inorgánicos como el silicio, señala Guo. Las capas activas de las células solares poliméricas combinan dos materiales, uno que conduce los huecos y otro que conduce los electrones. Idealmente, el polímero aceptor de electrones, se encontraría en la parte superior del polímero dador de electrones, de modo que estaría junto al cátodo, permitiendo la salida de tantos electrones como fuera posible.
El grupo de Guo ha encontrado que dispersando la mezcla de polímeros sobre un sustrato de plástico y seguidamente, presionándola contra un rodillo recubierto de silicona, facilita la formación de esta estructura deseable. Además, la presión del rodillo facilita la cristalización de los polímeros en cuestión de segundos, eliminando la necesidad de someterlos a lentos tratamientos térmicos o con productos químicos. La estructura de los polímeros es tan buena, señala Guo, que los investigadores de Michigan podrían eliminar una capa de las células sin producir ningún cambio en la eficiencia de conversión energía.
Hasta el momento, Guo ha utilizado unos polímeros comunes pero de eficiencia relativamente baja para fabricar las células solares, no obstante, él dice que el método debería ser compatible con materiales poliméricos de mayor eficiencia. Las células de Michigan tienen una eficiencia de sólo un 3,5 por ciento. Actualmente, los investigadores están trabajando en conjuntos de materiales que deberían aumentar la eficiencia de las células solares poliméricas hasta entre el 12 y el 15 por ciento, un impulso que es necesario si las células solares poliméricas han de llegar a un mercado amplio y competir con las células convencionales de silicio y de película fina.
"Creo que este proceso tiene un potencial muy alto", afirma Yang Yang, profesor de ciencia e ingeniería de los materiales de la Universidad de California, en Los Ángeles. "Es incierto si este método también funciona para sistemas de polímeros diferentes, pero no hay ninguna razón por la que no debería." Yang está colaborando con la empresa de células solares de plástico Solarmer, con sede en El Monte, California, que se encuentra en camino de alcanzar a finales de este año el 10 por ciento de eficiencia con sus dispositivos.