Convertir el calor del cuerpo en electricidad: Un paso más hacia la termoelectricidad orgánica de alto rendimiento
¿Se imagina cargar su teléfono móvil utilizando simplemente el calor de su cuerpo? Puede que aún suene bastante futurista, pero la termoelectricidad sí que puede hacer
Investigadores de la Universidad Técnica de Dresde introducen una nueva vía para conseguir dispositivos termoeléctricos orgánicos superiores: el dopaje por modulación altamente eficiente de semiconductores orgánicos altamente ordenados bajo altas concentraciones de dopaje. Los resultados se han publicado en la revista "Science Advances".
Imagen simbólica
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Ilustración esquemática del proceso de dopaje por modulación y generación de tensión térmica.
© Shu-Jen Wang
¿Se imagina cargar su teléfono móvil simplemente con el calor de su cuerpo? Puede que aún suene bastante futurista, pero la termoelectricidad sí puede hacerlo. La termoelectricidad consiste en transformar el calor en energía útil, principalmente con materiales inorgánicos.
Debido a su flexibilidad mecánica, ligereza y baja conductividad térmica, los semiconductores orgánicos han surgido como un sistema de materiales prometedor, especialmente para aplicaciones termoeléctricas flexibles. El dopaje eficiente para la creación de portadores de carga es la clave del rendimiento de los dispositivos termoeléctricos. El dopaje convencional a granel suele introducir desorden a altas concentraciones de dopaje, lo que limita la conductividad eléctrica. "En nuestro estudio, empleamos el método de dopaje por modulación para obtener películas finas orgánicas altamente ordenadas, en las que la impureza dopante está separada del canal de conducción. Con este método, podemos conseguir un dopaje muy eficaz incluso a altas densidades de dopaje sin influir en el transporte de carga en las películas delgadas", explica el primer autor, el Dr. Shu-Jen Wang, del Instituto de Física Aplicada de la Universidad Técnica de Dresde.
El equipo que rodea al profesor Karl Leo investigó el transporte de carga y el transporte termoeléctrico en cristales de película fina de rubreno de gran superficie dopados con modulación con diferentes fases cristalinas. Pudieron demostrar que el dopaje por modulación permite alcanzar eficiencias de dopaje superiores incluso para densidades de dopaje elevadas, cuando el dopaje convencional a granel entra en el régimen de reserva. El rubreno ortorrómbico dopado por modulación consigue factores de potencia termoeléctrica muy mejorados. "Nuestros resultados demuestran que el dopaje por modulación junto con las películas de semiconductores orgánicos cristalinos de alta movilidad es una estrategia novedosa para conseguir termoeléctricos orgánicos de alto rendimiento. La principal ventaja de la técnica de dopaje por modulación es que evita la dispersión de impurezas ionizadas en el semiconductor de banda estrecha no dopado y altamente ordenado, lo que permite maximizar de forma independiente tanto la concentración de portadores como la movilidad", afirma Shu-Jen Wang y añade el profesor Karl Leo: "Nuestro trabajo abre nuevas vías para conseguir dispositivos termoeléctricos flexibles que permitan generar directamente energía eléctrica a partir del calor de forma elegante y eficiente. Creemos que nuestro trabajo estimulará otros trabajos sobre termoeléctricos orgánicos de alto rendimiento utilizando el enfoque de dopaje por modulación con semiconductores orgánicos de alta movilidad."
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Publicación original
Shu-Jen Wang, Michel Panhans, Ilia Lashkov, Hans Kleemann, Federico Caglieris, David Becker-Koch, Jörn Vahland, Erjuan Guo, Shiyu Huang, Yulia Krupskaya, Yana Vaynzof, Bernd Büchner, Frank Ortmann and Karl Leo. “Highly efficient modulation doping: A path towards superior organic thermoelectric devices” Science Advances; 2022
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