Heterounión discreta

Heterounión discreta [ editar ]

Una pila libre de fullereno de tres capas (dos aceptores y un donante) logró una eficiencia de conversión del 8,4%. La implementación produjo altos voltajes de circuito abierto y absorción en los espectros visibles y altas corrientes de cortocircuito. La eficiencia cuántica estuvo por encima del 75 % entre las longitudes de onda de 400 nm y 720 nm, con un voltaje de circuito abierto de alrededor de 1 V. ^[28]

Heterounión a granel [ editar ]

Fig. 7: Esquema de una celda fotovoltaica de unión dispersa

Las heterouniones a granel tienen una capa de absorción que consta de una mezcla a nanoescala de materiales donantes y aceptores. Los tamaños de los dominios de esta mezcla son del orden de los nanómetros, lo que permite que los excitones con tiempos de vida breves alcancen una interfaz y se disocien debido a la gran área interfacial donante-aceptor. ^[29]Sin embargo, las heterouniones a granel eficientes deben mantener tamaños de dominio lo suficientemente grandes para formar una red de filtración que permita que los materiales donantes alcancen el electrodo de transporte de huecos (Electrodo 1 en la Fig. 7) y los materiales aceptores alcancen el electrodo de transporte de electrones (Electrodo 2) . Sin esta red de filtración, las cargas podrían quedar atrapadas en un dominio rico en donantes o aceptores y sufrir una recombinación. Las heterouniones a granel tienen una ventaja sobre las estructuras fotoactivas en capas porque pueden hacerse lo suficientemente gruesas para una absorción efectiva de fotones sin el difícil procesamiento que implica orientar una estructura en capas y al mismo tiempo mantener un nivel similar de rendimiento.

Las heterouniones a granel se crean más comúnmente formando una solución que contiene los dos componentes, colada ( por ejemplo, colada por goteo y recubrimiento por rotación ) y luego permitiendo que las dos fases se separen, generalmente con la ayuda de un paso de recocido. Los dos componentes se autoensamblarán en una red interpenetrante que conectará los dos electrodos. ^[30] Normalmente se componen de un donante basado en una molécula conjugada y un aceptor basado en fullereno . La morfología nanoestructural de las heterouniones a granel tiende a ser difícil de controlar, pero es fundamental para el rendimiento fotovoltaico.

Después de la captura de un fotón, los electrones se mueven a los dominios aceptores, luego son transportados a través del dispositivo y recolectados por un electrodo, y los agujeros se mueven en la dirección opuesta y se recolectan en el otro lado. Si la dispersión de los dos materiales es demasiado fina, la transferencia de carga a través de la capa será deficiente. ^{[13] [14] [19] [31]}

La mayoría de las células de heterounión a granel utilizan dos componentes, aunque se han explorado células de tres componentes. El tercer componente, un polímero donante secundario de tipo p, actúa para absorber la luz en una región diferente del espectro solar. En teoría, esto aumenta la cantidad de luz absorbida. Estas celdas ternarias operan a través de uno de tres mecanismos distintos: transferencia de carga, transferencia de energía o enlace paralelo.

En transferencia de carga, ambos donantes contribuyen directamente a la generación de portadores de carga libre. Los agujeros pasan a través de un solo dominio donante antes de la recolección en el ánodo. En la transferencia de energía, solo un donante contribuye a la producción de agujeros. El segundo donante actúa únicamente para absorber la luz, transfiriendo energía adicional al primer material donante. En el enlace paralelo, ambos donantes producen excitones de forma independiente, que luego migran a sus respectivas interfaces donante/aceptor y se disocian. ^[32]

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