Las células solares ahora se pueden hacer tan delgadas, ligeras y flexibles que pueden descansar sobre una pompa de jabón. Los nuevos paneles solares ultrafinos, que capturan eficientemente la energía de la luz, podrían ofrecer una forma alternativa de alimentar dispositivos electrónicos novedosos, como parches médicos para la piel, donde las fuentes de energía convencionales no son adecuadas.
«Los tremendos avances en la piel electrónica para robots, sensores para dispositivos voladores y biosensores para detectar enfermedades son todos limitados en términos de fuente de energía«, comenta Eloïse Bihar, postdoctorado en el equipo de Derya Baran, directora de la investigación. «En lugar de baterías voluminosas o una conexión a una red eléctrica, pensamos en usar células solares orgánicas ultrafinas y livianas para recoger energía de la luz, ya sea en interiores o exteriores«.
Hasta ahora, las células solares orgánicas ultrafinas se fabricaban normalmente mediante recubrimiento por rotación o evaporación térmica, formatos no escalables y que limitan la geometría del dispositivo. Esta técnica implicó el uso de un material transparente y conductor, pero quebradizo e inflexible, llamado óxido de indio y estaño (In2O5Sn – ITO) como electrodo. Para superar estas limitaciones, el equipo aplicó la impresión por inyección de tinta. «Formulamos tintas funcionales para cada capa de la arquitectura de la célula solar«, afirma Daniel Corzo, estudiante de doctorado que desarrolla su trabajo en el equipo de Baran.
En lugar de ITO, el equipo imprimió un polímero conductor transparente y flexible llamado PEDOT: PSS, o poli (3,4-etilendioxitiofeno) poliestireno sulfonato. Las capas de electrodos se intercalaron con un material fotovoltaico orgánico captador de luz. Todo el dispositivo pudo sellarse dentro de parileno, para formar una capa protectora flexible, impermeable y biocompatible.
Paneles solares ultrafinos en la piel como solución médica
Aunque la impresión por inyección de tinta es muy fácil de escalar y fabricar a bajo coste, desarrollar las tintas funcionales fue un desafío, señala Corzo. «La impresión por inyección de tinta es una ciencia en sí misma«, asegura. «Las fuerzas intermoleculares dentro del cartucho y la tinta deben superarse para expulsar gotas muy finas de una boquilla muy pequeña. Los solventes también juegan un papel importante una vez que se deposita la tinta porque el comportamiento de secado afecta la calidad de la película«.
Después de optimizar la composición de la tinta para cada capa del dispositivo, las células solares ultrafinas se imprimieron en vidrio para probar su rendimiento. Alcanzaron una eficiencia de conversión de energía (ECE) del 4,73%, superando el récord anterior de 4,1% para una celda solar completamente impresa. Por primera vez, el equipo también demostró que podían imprimir una celda en un sustrato flexible ultrafino, alcanzando una ECE del 3,6%.
«Nuestros hallazgos marcan un trampolín para una nueva generación de células solares impresas versátiles y ultraligeras que se pueden utilizar como fuente de energía o integrarse en dispositivos médicos implantables o basados en la piel«, concluye Bihar.
Fuente: Advanced Materials Technologies.
