Las células solares orgánicas se fabrican con materiales de madera
La lignina kraft mejora la estabilidad de las células solares orgánicas gracias a su capacidad para formar enlaces de hidrógeno que actúan como una especie de pegamento
Uno de los materiales orgánicos más comunes de la naturaleza, la lignina, puede utilizarse para crear células solares orgánicas estables y respetuosas con el medio ambiente. Investigadores de la Universidad de Linköping y el Real Instituto de Tecnología (KTH) han demostrado ahora que la lignina kraft sin tratar puede utilizarse para mejorar aún más las células solares orgánicas. El estudio se ha publicado en la revista científica Advanced Materials.
La luz solar parece ser actualmente una de las principales fuentes de energía sostenible. Las células solares tradicionales hechas de silicio son eficientes, pero su proceso de fabricación exige mucha energía y es complicado, lo que puede dar lugar a peligrosos vertidos químicos. Por eso, las células solares orgánicas se han convertido en un campo de investigación candente, gracias a su bajo coste de producción, su poco peso y su flexibilidad, y de ahí sus múltiples aplicaciones, como su uso en interiores o adheridas a la ropa para alimentar dispositivos electrónicos personales.
Pero un problema es que las células solares orgánicas están hechas de plástico, o de polímeros derivados del petróleo. Por eso, aunque sean orgánicas, no son todo lo ecológicas que podrían ser.
Investigadores de la Universidad de Linköping y el KTH han desarrollado una célula solar orgánica en la que parte de la capa de transporte de electrones conectada al cátodo está hecha de lignina kraft, obtenida directamente de la pasta de madera. Aunque actualmente sólo una pequeña parte de la célula solar está hecha de lignina, el objetivo a largo plazo es construir una célula solar fabricada casi por completo con materiales de madera.
"Queremos construir células solares eficientes, fiables, baratas y respetuosas con el medio ambiente. Este estudio nos permite demostrar que esto es posible y un primer paso hacia la sustitución de los actuales materiales derivados del petróleo por alternativas basadas en la madera", afirma Mats Fahlman, profesor del Laboratorio de Electrónica Orgánica (LOE) de la Universidad de Linköping.
En estudios anteriores se han utilizado materiales de madera modificados químicamente para aumentar la fiabilidad, o estabilidad, tanto de las células solares orgánicas como de las fabricadas con el material cristalino perovskita. En su estudio, publicado recientemente, los investigadores de Linköping utilizaron una versión "bruta" de la lignina, denominada lignina kraft, extraída directamente de la madera en el proceso de fabricación del papel. Junto con el KTH, analizaron qué composición molecular de la lignina es la más adecuada para este fin.
"Hemos creado un material, o compuesto, a partir de lignina kraft que va a constituir la capa de interfaz del cátodo. Resultó que así la célula solar era más estable. La ventaja de la lignina kraft es que tiene la capacidad de crear muchos enlaces de hidrógeno, lo que ayuda a estabilizar la célula solar", explica Qilun Zhang, ingeniero investigador principal de LOE.
Las células solares orgánicas ya se utilizan, sobre todo en interiores. También pueden sustituir a las pilas en sensores y dispositivos similares de bajo consumo. Según Mats Fahlman, éste es el primer paso hacia el mercado de las células solares orgánicas. Esta tecnología puede ampliarse después para aplicaciones mayores, como el suministro de energía pura. Y construirlas con materiales de madera haría que toda la célula solar fuera más respetuosa con el medio ambiente.
"Las células solares orgánicas nunca serán las más eficientes. Pero su ventaja es que no son tóxicas, son sostenibles y baratas. Si tienen una eficiencia del 15-20%, es más que suficiente para la mayoría de las aplicaciones", afirma Mats Fahlman.
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Publicación original
Qilun Zhang, Tiefeng Liu, Sebastian Wilken, Shaobing Xiong, Huotian Zhang, Iuliana Ribca, Mingna Liao, Xianjie Liu, Renee Kroon, Simone Fabiano, Feng Gao, Martin Lawoko, Qinye Bao, Ronald Österbacka, Mats Johansson, Mats Fahlman; "Industrial Kraft Lignin Based Binary Cathode Interface Layer Enables Enhanced Stability in High Efficiency Organic Solar Cells"; Advanced Materials, 2023-10-9
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