Investigadores de la Universidad de Paderborn en Alemania han realizado simulaciones por ordenador para desarrollar un nuevo diseño de células solares que integran una fina capa de un material orgánico conocido como tetraceno, lo que aumenta significativamente la eficiencia en comparación con las células solares actuales.
La energía de la radiación solar anual en la Tierra asciende a más de un billón de kWh y, por lo tanto, supera en más de 5.000 veces la demanda energética mundial. Por tanto, la energía fotovoltaica ofrece un gran potencial para el suministro de energía limpia y renovable. Las células solares de silicio utilizadas para este fin dominan actualmente el mercado, pero tienen límites de eficiencia. Una de las razones es que parte de la energía de la radiación de onda corta no se convierte en electricidad, sino en calor no deseado.
Para aumentar la eficiencia, la célula solar de silicio puede dotarse de una capa orgánica de tetraceno que actúa como semiconductor. En esta capa se absorbe la luz de onda corta y se convierte en excitones. Estos excitones se descomponen en el tetraceno en dos excitaciones de baja energía. Si estas excitaciones pueden transferirse con éxito a la célula solar de silicio, pueden convertirse en electricidad de manera más eficiente y aumentar el rendimiento general de energía utilizable. Los resultados se han publicado en la revista ‘Physical Review Letters’.
Aumento de la eficiencia energética mediante el tetraceno
Ahora, el equipo está investigando la transferencia de excitación del tetraceno al silicio mediante simulaciones por ordenador en el Centro de Computación Paralela de Paderborn (PC2), el centro de computación de alto rendimiento de la universidad alemana.
Así, los científicos ya han logrado demostrar que los defectos especiales en forma de enlaces químicos insaturados en la interfaz entre la película de tetraceno y la célula solar acelera drásticamente la transferencia de excitones. Estos defectos se producen durante la desorción del hidrógeno y provocan estados de interfaz electrónicos con energía fluctuante. Estas fluctuaciones transportan las excitaciones electrónicas del tetraceno al silicio como un ascensor.
Estos ‘defectos’ en las células solares en realidad están asociados con pérdidas de energía pero, según los investigadores, en el caso de la interfaz del tetraceno de silicio, los defectos son esenciales para la rápida transferencia de energía. Los resultados de las simulaciones realizadas por ordenador también proporcionan indicaciones precisas para el diseño de un nuevo tipo de célula solar con una eficiencia significativamente mayor.