Investigadores de la UCLA han desarrollado células solares orgánicas (OPV) que pueden suministrar energía a invernaderos y, al mismo tiempo, bloquear los rayos ultravioleta para evitar el sobrecalentamiento.
«Ya hemos creado una startup que ampliará la producción de estas células solares orgánicas para uso industrial», declaró el investigador Minhuan Wang a pv magazine.
El nuevo dispositivo incorpora el antioxidante L-glutatión como capa intermedia reductora. Esto facilita la transferencia de carga entre la capa de óxido de zinc (ZnO) de la célula y la capa fotoactiva fabricada, que está hecha de un aceptor no fullerénico conocido como PM6:Y6, explican los científicos en «Achieving sustainability of greenhouses by integrating stable semi-transparent organic photovoltaics» (Lograr la sostenibilidad de los invernaderos mediante la integración de sistemas fotovoltaicos orgánicos semitransparentes estables), publicado recientemente en Nature Sustainability.
Construyeron la célula con un sustrato de vidrio y óxido de indio y estaño (ITO), la novedosa capa intermedia, la capa fotoactiva, una capa de transporte de huecos de trióxido de molibdeno (MoO3) y un contacto metálico de plata (Ag).
«La molécula l-G puede anular eficazmente los dos defectos principales de la película de ZnO y reducir la recombinación de portadores en la interfaz», señalan los académicos, en referencia al efecto de pasivación de la capa intermedia. «La transferencia de carga de la superficie de ZnO al O 2 se ve impedida por la molécula l-G, lo que impide la formación de la molécula de superóxido».
Según sus conclusiones, la nueva capa intermedia tiene dos funciones diferentes. Por un lado, actúa como agente de pasivación y, por otro, suprime la formación de superóxido, que suele desencadenarse por la vacante de oxígeno en la superficie del ZnO.
«La supresión de la generación de radicales superóxido e hidróxido mejoró notablemente la estabilidad operativa de los dispositivos OPV semitransparentes encapsulados con la capa fotoactiva PM6/Y6», afirma el grupo estadounidense. «Los dispositivos con la capa intermedia l-G conservaron más del 84% de su eficiencia inicial tras 1.008 h de exposición continua bajo iluminación».
Con la adición de la capa intermedia, la eficiencia de la célula también aumentó -del 11,6% al 13,5%- con una mejora de la densidad de corriente de cortocircuito de 20,5 a 22,2 mA cm-2. «Además, debido a la fuerte reducibilidad de la molécula l-G, se reduce la producción de radicales», afirman los científicos.
También probaron el crecimiento de cultivos comunes como el trigo, las judías mungo y el brócoli en una instalación con un techo de cristal transparente con segmentos de células solares inorgánicas y otra con un techo hecho enteramente de células solares orgánicas semitransparentes.
«Los cultivos del invernadero con techo solar orgánico crecieron más que los de un invernadero normal», afirmaron, señalando que la capa de L-glutatión bloqueaba los rayos ultravioleta, perjudiciales para el crecimiento de las plantas, así como los rayos infrarrojos, que pueden provocar el sobrecalentamiento de los invernaderos.
«No esperábamos que las células solares orgánicas superaran el rendimiento de un invernadero convencional con techo de cristal», afirma Yepin Zhao, coautor del estudio. «Pero repetimos los experimentos varias veces con los mismos resultados y, tras nuevas investigaciones y análisis, descubrimos que las plantas no necesitan tanta luz solar para crecer como habíamos pensado en un principio».
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