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Las vibraciones moleculares reducen la fotovoltaje máximo alcanzable en las células solares orgánicas - Phys.org

Ilustración de la generación de pares de carga (excitones), los precursores de los portadores de carga gratuita en la capa activa de una célula solar orgánica. Crédito: Technische Universitaet Dresden              Los científicos de TU Dresden y la Universidad Hasselt en Bélgica investigaron las causas físicas que limitan la eficiencia de las nuevas células solares basadas en materiales moleculares orgánicos. Actualmente, el voltaje de tales celdas todavía es demasiado bajo, una razón para sus eficiencias relativamente bajas.                                                       En su estudio, al investigar las vibraciones de las moléculas en las películas delgadas, los científicos pudieron demostrar que los efectos cuánticos muy fundamentales, llamados vibraciones de punto cero, pueden hacer una contribución significativa a las pérdidas de voltaje. El estudio ha sido publicado en la revista Nature Communications. Las células solares son un punto de cristalización de grandes esperanzas para la transformación necesaria de la producción de energía global. La energía fotovoltaica orgánica (OPV), que se basa en materiales orgánicos, es decir, materiales a base de carbono, podría ser ideal para convertirse en un pilar importante en la combinación energética de las "energías renovables" porque tienen un mejor balance ecológico en comparación con el silicio convencional. módulos y solo se requiere una pequeña cantidad de material para producir las películas delgadas. Sin embargo, es necesario un mayor aumento de la eficiencia. Se basa en varios valores característicos, como el voltaje de circuito abierto, cuyos valores demasiado bajos son actualmente una razón principal para la eficiencia aún bastante moderada de OPV. El estudio investigó las razones físicas de esto, incluidas las vibraciones de las moléculas en las películas delgadas. Se demostró que las llamadas vibraciones de punto cero, un efecto de la física cuántica que caracteriza el movimiento a temperatura absoluta cero, pueden tener una influencia significativa en las pérdidas de voltaje. Se demostró una relación directa entre las propiedades moleculares y las propiedades del dispositivo macroscópico. Los resultados proporcionan información importante para el desarrollo y la mejora de nuevos materiales orgánicos. El borde de baja energía de los espectros de absorción óptica es crucial para el rendimiento de las células solares, pero en el caso de las células solares orgánicas con muchos factores de influencia aún no se comprende bien. En el presente estudio, se investigó el origen microscópico de las bandas de absorción en los sistemas de mezcla molecular y su papel en las células solares orgánicas. La atención se centró en la dependencia de la temperatura de las características de absorción, que se investigó teóricamente teniendo en cuenta las vibraciones moleculares. Las simulaciones coincidieron muy bien con los espectros de absorción medidos experimentalmente que conducen a una serie de hallazgos importantes. Los autores descubrieron que las vibraciones de punto cero, mediadas por la interacción electrón-fonón, causan un ancho de banda de absorción considerable. Esto conduce a la reemisión de una parte de la energía que no se utiliza y, por lo tanto, reduce el voltaje de circuito abierto. Estas pérdidas de voltaje ahora se pueden predecir a partir de parámetros moleculares electrónicos y vibrónicos. Lo que es inusual es que este efecto es fuerte incluso a temperatura ambiente y puede reducir significativamente la eficiencia de la célula solar orgánica. Los autores están discutiendo qué estrategias para reducir estas pérdidas de voltaje inducidas por vibraciones están siendo discutidas por los autores para un mayor número de sistemas y diferentes geometrías de heterounión.                                                                                                                                                                   Más información: Michel Panhans y col. Las vibraciones moleculares reducen el fotovoltaje máximo alcanzable en las células solares orgánicas, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038 / s41467-020-15215-x                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   Citación:                                                  Las vibraciones moleculares reducen la fotovoltaje máximo alcanzable en las células solares orgánicas (2020, 20 de marzo)                                                  Consultado el 22 de marzo de 2020                                                  de https://phys.org/news/2020-03-molecular-vibrations-maximum-photovoltage-solar.html                                                                                                                                       Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privada, no                                             parte puede ser reproducida sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.                                                                                                                                Lee mas



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