Un reciente estudio revela que la eficiencia de las células solares orgánicas podría mejorar significativamente mediante la adición de protuberancias en su superficie. La construcción de pequeñas cúpulas en estas células podría incrementar su eficiencia hasta en un 66% y permitirles capturar la luz solar desde un ángulo más amplio.
Generalmente, las células solares adoptan una configuración plana para maximizar su exposición a la luz solar en un instante específico. Sin embargo, esta disposición óptima depende del ángulo del Sol, por lo que los paneles suelen ser ajustados entre 15 y 40 grados para obtener un rendimiento óptimo durante el día.
Los científicos han explorado diversas formas de mejorar la superficie de las células solares, como la incorporación de nanoesferas de sílice para atrapar y redirigir la luz solar, aumentando así la cantidad de energía capturada. En este estudio reciente, investigadores de la Universidad Abdullah Gül de Turquía utilizaron simulaciones avanzadas para analizar cómo las protuberancias en forma de cúpula podrían mejorar aún más el rendimiento de las células solares orgánicas.
El equipo llevó a cabo un estudio de células fotovoltaicas que empleaban un polímero orgánico conocido como P3HT:ICBA como su capa activa. Estas células estaban dispuestas sobre una estructura compuesta por una capa de aluminio y un sustrato de PMMA, cubiertos por una capa protectora transparente de óxido de indio y estaño (ITO). Esta configuración tipo sándwich se mantuvo constante a lo largo de toda la «cáscara semiesférica», como fue denominada por el equipo.
Para analizar la estructura, los investigadores utilizaron un enfoque conocido como análisis de elementos finitos (FEA) en tres dimensiones. Este método descompone los elementos de un sistema complejo en segmentos más manejables, lo que permite simularlos y analizarlos de manera más efectiva.
Las células solares con protuberancias presentaron mejoras notables en la absorción de la luz en comparación con las superficies planas: hasta un 36% y un 66%, dependiendo de la polarización de la luz. Además, estas protuberancias permitieron una entrada de luz desde una variedad de direcciones más amplia que una superficie plana típica, lo que resultó en una cobertura angular de hasta 82 grados.
Aunque aún no se han fabricado versiones físicas de estas células solares, su potencial es prometedor. Si este enfoque demuestra ser efectivo, podría tener aplicaciones no solo en la energía solar residencial, sino también en dispositivos electrónicos portátiles que operan en condiciones de luz variables.
El profesor Dooyoung Hah, autor del estudio, destaca que las capas activas en forma de concha semiesférica ofrecen mejoras significativas en términos de absorción de luz y capacidad omnidireccional. Estas mejoras tienen el potencial de beneficiar una variedad de campos de aplicación de las células solares orgánicas, incluyendo dispositivos biomédicos, sistemas de generación de energía en ventanas e invernaderos, aplicaciones de Internet de las cosas, entre otros.
Los hallazgos de esta investigación fueron publicados en el Journal of Photonics for Energy.