Crean células solares de plástico moldeadas por inyección

Investigadores europeos afirman haber demostrado con éxito la incrustación de módulos fotovoltaicos orgánicos (OPV, por sus siglas en inglés) en piezas estructurales de plástico mediante moldeo por inyección (IM) industrial a gran escala.

El IM es una técnica de fabricación para producir piezas mediante la inyección de material fundido en un molde y tiene la capacidad, según el grupo de investigación, de permitir el desarrollo de células solares de plástico en molde con un rendimiento y una estabilidad mejorados.

“Debido a su delgadez, las células solares flexibles pueden ser sensibles a la abrasión mecánica y, por tanto, requerir estrategias adicionales de protección e integración”, explica el grupo de investigación. “Incrustar un módulo solar impreso en una pieza de plástico simplifica los retos de integración, al tiempo que proporciona protección mecánica adicional, adaptabilidad de forma y contactos racionalizados para las conexiones”.

Los investigadores crearon primero módulos en impresión rollo a rollo, utilizando una mezcla fotoactiva conocida como P3HT:O-IDTBR. Se eligió esta mezcla por su estabilidad morfológica y térmica, relevantes para el posterior proceso de moldeo por inyección.

“El desarrollo de productos OPV exige materiales fotovoltaicos con una gran estabilidad morfológica bajo estrés térmico, como la mezcla P3HT:O-IDTBR”, subrayan los académicos. “En este sentido, se necesitan urgentemente materiales de mayor rendimiento con dicha estabilidad”.

Los científicos insertaron los módulos horizontalmente en un molde de inyección de poliuretano termoplástico a base de copolímero de poliéter. Se eligió este material por su baja temperatura de proceso, su amplia compatibilidad con sustratos y su flexibilidad. La inyección se realizó utilizando un inserto de cavidad de 120 mm × 120 mm × 2 mm, a una velocidad de 90 mm -1s.

“De la selección de 64 módulos impresos rollo a rollo, se inyectaron 32 de ellos y los otros 32 se mantuvieron como referencia”, explican los investigadores. “De media, los módulos IM-OPV conservaron el 98,1 del rendimiento original. Sólo fallaron 2 muestras, y 28 conservaron más del 90% del rendimiento original, lo que sitúa el rendimiento del proceso IM cerca del 90%.”

En cuanto a la estabilidad mecánica y operativa, los científicos constataron un aumento medio de más del 35% en el punto de máxima tensión en las muestras IM-OPV. La primera fractura en los dispositivos de control se produjo al 10-30% de tensión, mientras que este valor saltó hasta el 70-150% en los módulos IM-OPV. Además, se observó una retención de la eficiencia de conversión de potencia de más del 90% tras 50.000 ciclos en los módulos moldeados.

“Este trabajo representa la primera demostración de células solares de plástico en molde y abre nuevas posibilidades a la fotovoltaica orgánica para aplicaciones específicas que requieren simultáneamente un alto rendimiento optoelectrónico y estructural”, afirman los investigadores. “Creemos que, en el futuro, los materiales plásticos de inyección podrían ampliar aún más las ventajas de la fotovoltaica en molde en lo que respecta a la estabilidad estructural y del dispositivo, o incluso proporcionar funcionalidades ópticas adicionales”.

Sus hallazgos se presentaron en el artículo “Injection Molding Plastic Solar Cells” (Moldeo por inyección de plástico de células solares), publicado en Advanced Science. Los investigadores proceden del Centro Tecnológico Eurecat de Cataluña, la Universidad de Pardubice y el Centro de Química Orgánica de la República Checa, así como del fabricante francés de nanometales GenesInk y el proveedor español de moldeo por inyección Aitiip.