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Optoelectrónica orgánica:
celdas solares

De la ciencia ficción
a la tecnología cotidiana.Las celdas solares orgánicas, como fuentes alternativas de energía, estarán mucho más cerca del usuario y garantizarán, de manera continua, la energía que necesitamos para lo que llevamos encima. |   | |
Orgánicos y celdas solares
La base del funcionamiento de cualquier dispositivo fotovoltaico,o celda solar, es la conversión de la luz solar en electricidad, que se almacena en baterías o se utiliza directamente. Actualmente las principales celdas solares están basadas en semiconductores inorgánicos y las más generalizadas son las de silicio (Si), en las que
se han logrado relativamente altas eficiencias, aunque los costos son bastante altos. Otros dispositivos fotovoltaicos existentesson mucho más caros o menos eficientes.

El 95% de las celdas solares actuales son de Si, pero la tecnología es muy cara y demanda instalaciones con requerimientos que están al alcance de pocos países, por lo que el precio de la electricidad producida por las celdas solares de Si es demasiado alto (diez veces, aproximadamente) en comparación con la producida en las modernas y eficientescentrales termoeléctricas. Así que probablemente seguiremos quemando fósiles durante un buen tiempo y también seguiremos usando las celdas solares de Si.

Aunque las celdas fotovoltaicas de Si podrán ser más baratas, partes de su tecnología continuarán siendo caras y sus precios tendrían límites mínimos aún poco económicos. Así que es necesario encontrar otra manera más barata de producir celdassolares.
Entre los principales candidatos perspectivos para ser usados en estas nuevas celdas solares están los semicon-ductores orgánicos.

Desde el punto de vista electrónico, cuando un material absorbe luz, los electrones (e—) se excitan, o sea, pasan a un nivel de energía superior. De esa manera la posición energética inicial del electrón queda vacía y así surge un hueco (h+). Como loselectrones tienen carga negativa, los huecos quedarán cargados positivamente y se mantiene la neutralidad eléctrica. En un semiconductor inorgánico esas cargas quedan libres y pueden moverse fácilmente en el material, sin embargo, en los orgánicos ellas quedan fuertemente enlazadas entre sí formando un par electrón-hueco, denominado excitón, que es una especie móvil, eléctricamente neutra y relativamenteinsensible a campos eléctricos, aunque en el transcurso del tiempo el excitón puede disociarse y el electrón y el hueco que lo forman recombinarse y reemitir luz (fotones).

En una celda solar es necesario que al disociarse el excitón esas cargas eléctricas sean separadas, evitando con ello que se recombinen. El ancho de banda electrónico estrecho de los semiconductores orgánicos conduce aalgunas desventajas en su uso en celdas solares, pues su absorción del flujo solar es reducido a sólo algunas longitudes de onda. No obstante, la absorción es muy alta en las longitudes de onda en que lo hace, lo que permite el uso de capas muy delgadas con alta absorción. Como los semiconductores orgánicos no forman una red tridimensional, las cargas, electrones y huecos se mueven por un mecanismode saltos que induce a que su movilidad sea baja, lo que constituye otra limitante a la eficiencia de estas celdas. No obstante, tal movilidad puede mejorar
a altas temperaturas, pues los saltos son un proceso térmicamente activado.

La energía solar que debe absorber una celda solar incluye, principalmente, toda la región de luz visible, o sea, del violeta al rojo (de 400 nm a 700 nm1,aproximadamente), que es la de mayor radiación†2, y una buena parte de la región infrarroja (longitudes de onda superiores a los 700 nm, que ya son invisibles al ojo humano). En la región ultravioleta (UV) hay muy poca radiación solar aprovechable (Fig. 1).

Fig. 1. Espectro de intensidad de la luz solar
en la superficie de la Tierra.
(Notas: 1 1 nm = 10-9 m, o sea, una mil millonésima de...
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