Los semiconductores orgánicos constituyen la apuesta más segura para abaratar costes en la generación fotovoltaica del futuro. Disponer de células orgánicas más eficientes requiere nuevas ideas que implican tanto el desarrollo de nuevos materiales como el diseño de arquitecturas no convencionales. Una forma lograr este reto reside en dotar a los materiales orgánicos de las virtudes de que carecen combinándolos con materiales inorgánicos para beneficiarse de los ventajas de ambos tipos de materiales. Los orgánicos proporcionan facilidad de procesado a partir de una solución, adaptación química de sus propiedades y un elevado coeficiente de absorción mientras que los inorgánicos aportan estabilidad química, durabilidad, alta movilidad de portadores y nanoestructuración en plantillas rígidas. Estos compuestos ‘híbridos’ constituirán una generación innovadora y revolucionaria de materiales. El objetivo de esta línea de investigación es desarrollar nuevos compuestos híbridos nanoestructurados para la conversión de la energía solar.

En esta línea se propone abordar un modelo radicalmente innovador para el desarrollo de una tercera generación de dispositivos fotovoltaicos basados en una red formada por nanoestructuras inorgánicas alineadas en la dirección de la corriente interpenetradas por un semiconductor orgánico.

Los dispositivos se realizarán depositando en primer lugar una matriz rígida de nanohilos de un semiconductor inorgánico, que actuaran como aceptor de electrones y posteriormente se infiltrará un semiconductor orgánico, que actuará como absorbedor de fotones y dador de electrones. La relación altura/anchura y la densidad de las nanoestructuras son parámetros clave para el funcionamiento de los sistemas híbridos propuestos. Los estudios se orientarán a conocer mejor los procesos fisicoquímicos que gobiernan el crecimiento de los nanoestructuras inorgánicas así como a investigar la interfase orgánico-inorgánica para optimizar el recubrimiento de las superficies y optimizar el transporte de la carga eléctrica. El uso de métodos de producción compatibles con la producción a gran escala y que no requieren elevados costes de inversión, tales como la electrodeposición y la infiltración a partir de una solución, proporcionarán un factor adicional para lograr la aceleración de la implementación de estos dispositivos al mercado fotovoltaico.

Actuaciones a desarrollar:

- Preparación de materiales inorgánicos.
Preparación de materiales inorgánicos nanoestructurados por electrodeposición.
Estudio de las condiciones óptimas y reproducibilidad de los electrodepósitos de los semiconductores inorgánicos nanoestructurados. Caracterización morfológica, estructural, óptica y eléctrica de los semiconductores inorgánicos electrodepositados.

- Introducción de los orgánicos para producir los materiales híbridos mediante adsorción y usando la electrodeposición en un solo paso.
Estudio y optimización de los parámetros de deposición de los materiales híbridos y estudio y análisis de las propiedades optoelectrónicas de los materiales híbridos. Para buscar las condiciones ideales de preparación de los materiales híbridos se estudiará el parámetro más importante en aplicaciones fotovoltaicas, el IPCE (Incident Photon to Current Efficiency) que, como su nombre indica mide la capacidad de conversión de los fotones de luz a corriente de los materiales híbridos.
Montaje: Técnica de la técnica IPCE.

- Preparación de materiales híbridos por infiltración en las nanoestructuras inorgánicas.
Caracterización eléctrica y optoelectrónica de los materiales híbridos preparados por infiltración en las nanoestructuras inorgánicas. En esta parte se probarán polímeros comerciales del tipo P3HT o PPV y materiales moleculares (PTCBI, PCBM…)
Comparación de las propiedades de las dos técnicas de preparación de los materiales híbridos y elección de la más conveniente para preparación de dispositivos fotovoltaicos.

- Preparación de células solares basadas en los materiales híbridos desarrollados.
Preparación de células solares basadas en los materiales híbridos desarrollados.
Estudio y caracterización de las células solares híbridas. Se estudiarán las propiedades ópticas y eléctricas de las células fabricadas.

- Montaje de las técnicas necesarias para medir la eficiencia de los dispositivos fotovoltaicos.
En función de los rendimientos conseguidos se re-estudiarán las condiciones de preparación de las células solares. Mejora del rendimiento de los dispositivos fotovoltaicos.