Una batería solar orgánica acoplada con un 12,1% de eficiencia

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Energía renovable

Sus antecedentes:

• El almacenamiento directo de energía solar a electroquímica (baterías solares acopladas) es prometedor, pero sufre de bajas eficiencias.
• Las limitaciones actuales se deben a la insuficiente utilización del amplio espectro solar.
• Los materiales fotoelectroquímicos moleculares presentan una vía potencial para la mejora.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar baterías solares orgánicas acopladas de amplio espectro y alta eficiencia.
• Mejorar la conversión y el almacenamiento de energía solar utilizando nuevos materiales moleculares y reacciones redox acopladas a excitones.
• Para demostrar la viabilidad comercial de estos sistemas avanzados de baterías solares.

Principales métodos:

• Preselección de materiales moleculares para obtener un potencial redox óptimo que coincida con el fotovoltaje de la luz visible.
• Utilizando estructuras fuertes de donante-aceptor y polarización iónica para excitones de brecha de superbanda de larga vida (excitones calientes).
• Incorporación de motivos moleculares fototérmicos para la utilización de la luz del infrarrojo cercano mediante acoplamiento fototérmico excitón-fotón.

Principales resultados:

• Logró una eficiencia récord de almacenamiento de energía solar a electroquímica del 12,1%.
• Se obtiene una alta fotocorriente de intercambio de 11,2 mA cm-2 a 0,93 V bajo iluminación de espectro completo.
• Funcionamiento estable demostrado a largo plazo de un dispositivo en tándem escalable (~ 200 cm) bajo luz solar natural.

Conclusiones:

• Las reacciones redox acopladas con excitones sobre materiales fotoelectroquímicos moleculares a medida permiten un almacenamiento de energía solar de amplio espectro y alta eficiencia.
• Las baterías solares orgánicas acopladas desarrolladas muestran un potencial significativo para aplicaciones prácticas y comercialmente viables.
• Este enfoque supera las limitaciones anteriores en la utilización del espectro solar para sistemas de almacenamiento de energía.