La energía fotovoltaica orgánica, similar a la energía fotovoltaica inorgánica, generalmente se caracteriza a través del análisis de corriente-voltaje. [86] Este análisis proporciona varios valores de métricas de dispositivos que se utilizan para comprender el rendimiento del dispositivo. Una de las métricas más importantes es la eficiencia de conversión de energía (PCE).
PCE (η) es proporcional al producto de la corriente de cortocircuito (J SC ), el voltaje de circuito abierto (V OC ) y el factor de llenado (FF), todo lo cual se puede determinar a partir de una curva de corriente-voltaje .
Donde P in es la potencia solar incidente.
La corriente de cortocircuito (Jsc), es el valor máximo de generación de fotocorriente. [87] Corresponde al valor de intersección y de la curva corriente-voltaje estándar en la que la corriente se traza a lo largo del eje y y la tensión se traza a lo largo del eje x. Dentro de las células solares orgánicas, la corriente de cortocircuito puede verse afectada por una variedad de factores materiales. Estos incluyen la movilidad de los portadores de carga, el perfil de absorción óptica y las fuerzas impulsoras energéticas generales que conducen a una extracción más eficiente de los portadores de carga [87]
El voltaje de circuito abierto (Voc) es el voltaje cuando no hay corriente circulando por el dispositivo. [87] Esto corresponde a la intersección x en una curva de corriente-voltaje. Dentro de los dispositivos fotovoltaicos orgánicos de heterounión a granel, este valor depende en gran medida de los niveles de energía HOMO y LUMO y de las funciones de trabajo de los materiales de la capa activa [87]
Dado que la potencia es el producto de la tensión y la corriente, el punto de máxima potencia se produce cuando se maximiza el producto entre la tensión y la corriente.
El factor de llenado, FF, se puede considerar como la "cuadratura" de una curva de voltaje actual. [86] Es el cociente del valor de potencia máxima y el producto de la tensión de circuito abierto y la corriente de cortocircuito. [86] Esto se muestra en la imagen de arriba como la relación entre el área del rectángulo amarillo y el rectángulo azul mayor. Para la energía fotovoltaica orgánica, este factor de llenado es esencialmente una medida de la eficiencia con la que se extraen del dispositivo las cargas generadas. [87] Esto se puede considerar como una "competencia" entre cargas que se transportan a través del dispositivo y cargas que se recombinan. [87]
Un problema importante que rodea a las células solares de polímero es la baja eficiencia de conversión de energía (PCE) de las células fabricadas. Para que se consideren comercialmente viables, las PSC deben poder alcanzar al menos un 10-15 % de eficiencia [88] , lo que ya es mucho más bajo que las FV inorgánicas. Sin embargo, debido al bajo costo de las células solares poliméricas, una eficiencia del 10 al 15 % es comercialmente viable.
Los avances recientes en el rendimiento de las células solares poliméricas han resultado de la compresión de la banda prohibida para mejorar la corriente de cortocircuito mientras se reduce el orbital molecular ocupado más alto (HOMO) para aumentar el voltaje de circuito abierto. Sin embargo, los PSC todavía sufren de factores de llenado bajos (normalmente por debajo del 70 %). Sin embargo, a partir de 2013, los investigadores han podido fabricar PSC con factores de llenado de más del 75 %. Los científicos han podido lograrlo a través de un BHJ invertido y mediante el uso de combinaciones no convencionales de donante/aceptor. [89]
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