Encontrar la combinación más eficiente de materiales para fabricar células solares orgánicas se hace mediante un procedimiento de ensayo y error: los químicos analizan cómo se mezclan e interactúan las moléculas donante y receptora dentro de la célula solar una vez está fabricada.
Buscando un atajo para lograr las combinaciones de células adecuadas, los investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte (UECN) y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong han desarrollado una nueva relación cuantitativa que puede identificar las combinaciones de materiales más prometedoras en células solares orgánicas, determinando a qué temperatura dos materiales separados se convierten en una mezcla homogénea.
Conscientes de que la atracción y repulsión a nivel molecular depende de la temperatura, los investigadores utilizaron espectrometría de masa de iones secundarios y microscopía de rayos X para observar las interacciones moleculares a diferentes temperaturas y para ver cuándo se producía el cambio de fase. La dispersión de rayos X les permitió examinar la pureza de los dominios. El resultado final fue un parámetro y un modelo cuantitativo que describe la mezcla de dominios como una función de la temperatura, y que se puede usar para evaluar diferentes combinaciones.
“Este parámetro proporciona a los químicos el límite de solubilidad del sistema, lo que les permitirá determinar qué temperatura de procesamiento dará un rendimiento óptimo”, dice Harald Ade, profesor de UECN y autor responsable del artículo.
Además de los pares de materiales, la investigación titulada “Relaciones cuantitativas entre los parámetros de interacción, la miscibilidad y la función en las células solares orgánicas”, publicada en la revista científica Nature Materials, ofrece una visión de las condiciones de óptimas procesamiento.
“En principio, nuestro método puede aplicarse a una mezcla orgánica dada a cualquier temperatura durante el proceso de fabricación”, dice el primer autor, Long Ye de UECN.
El investigador dice que su objetivo final es formar un marco y una base experimental sobre la cual la variación estructural química pueda ser evaluada por simulaciones en el ordenador antes de que se intente llevar a cabo una laboriosa síntesis.
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