- Un estudio internacional liderado por el Centro de Investigación en Tecnologías Navales e Industriales (CITENI), con sede en el Campus Industrial de la Universidade da Coruña (UDC), describe por primera vez una fase sólida en polímeros semiconductores utilizados en dispositivos fotovoltaicos de última generación.
- El trabajo, publicado en la prestigiosa revista Advanced Functional Materials, arroja luz sobre su organización molecular interna, clave para entender su rendimiento y optimizar su fabricación.
- Los resultados de este trabajo sientan las bases para diseñar polímeros más estables, eficientes y ligeros, aplicables no sólo en el campo de la energía solar, sino también en la electrónica flexible y la bioelectrónica, un avance hacia tecnologías más limpias y sostenibles.
Ferrol, 27 de mayo de 2025.– La energía solar orgánica se perfila como un complemento interesante a las tecnologías fotovoltaicas convencionales. En comparación con los paneles solares de silicio, las células solares orgánicas se fabrican con materiales plásticos y, por lo tanto, son ligeras, flexibles y potencialmente más sostenibles. En concreto, estos dispositivos se basan en polímeros semiconductores (materiales plásticos con propiedades electrónicas), cuyo rendimiento está estrechamente vinculado a su estructura molecular interna.
En este contexto, un estudio internacional liderado por el Laboratorio de Polímeros Funcionales CITENI, ubicado en el Campus Industrial de Ferrol de la Universidad de Coruña, reveló por primera vez una nueva forma de organización molecular que se da en estos materiales: una mesofase sólida intermedia entre el orden cristalino y el desorden amorfo. El trabajo, titulado «Decodificación de la estructura de polímeros de benzoditiofeno para células solares orgánicas de alta eficiencia», se publicó en la prestigiosa revista Advanced Functional Materials.
Una mesofase entre el orden y el desorden
El estudio se centra en polímeros semiconductores push-pull —que integran bloques moleculares con la capacidad de donar y aceptar electrones, lo que favorece tanto la absorción de luz como el transporte de carga— basados en benzoditiazoles, una clase de compuestos ampliamente utilizados en dispositivos solares de vanguardia. La investigación revela que estos materiales no son simplemente amorfos o cristalinos, sino que presentan una estructura intermedia: una mesofase sólida. En esta fase híbrida, los polímeros se organizan en una estructura laminar, donde las cadenas principales rígidas se apilan como columnas. Las cadenas laterales, más flexibles, forman regiones con mayor movilidad.
“Fideos moleculares” bajo el microscopio
“La organización de estas fases en el polímero, observada al microscopio, se asemeja a un plato de fideos, donde coexisten agrupaciones ordenadas con otras más desordenadas”, afirma Jaime Martín, investigador principal. Esta metáfora visual ayuda a comprender mejor la compleja coexistencia de orden y desorden dentro de la mesofase sólida descubierta.
Regiones ocultas hasta ahora
Uno de los principales avances del trabajo fue la confirmación experimental de regiones menos ordenadas en este tipo de material. Hasta ahora, no se habían observado las características térmicas típicas de los materiales desordenados, como la transición vítrea.
—un cambio gradual en el que el material pierde rigidez al calentarse—, lo que dificultó su detección en estudios previos.
El estudio también señala que los polímeros de mayor rendimiento, como D18 o PM6, tienen una menor proporción de estas regiones desordenadas, lo que podría explicar su mayor eficiencia.
El calor como herramienta de ajuste
El trabajo demuestra que el calentamiento puede reorganizar significativamente la estructura interna de estos polímeros. Dependiendo de su grado de orden, experimentan dos o tres transiciones térmicas bien definidas. Esta capacidad abre la puerta a procesos de ajuste como los tratamientos térmicos post-deposición: intervenciones que se realizan después de aplicar el polímero a un sustrato en forma de película delgada. Estos tratamientos son clave para optimizar la organización molecular y, por lo tanto, mejorar el rendimiento del dispositivo.
“Demostramos que estos polímeros forman una fase estructuralmente compleja que combina orden, desorden, zonas rígidas y flexibles; y que puede explicarse mejor como una nueva clase de mesofase sólida. Comprender esta estructura nos proporciona una herramienta poderosa para seguir mejorando las tecnologías solares orgánicas”, destaca el equipo.
Una colaboración internacional con un sello gallego
Matteo Sanviti, Xabier Rodríguez, Jesika Asatryan y Jaime Martín contribuyeron como coautores al estudio desde el Laboratorio de Polímeros Funcionales de CITENI. Junto al equipo de la UDC, también participan investigadores de centros e instituciones como la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), POLYMAT, el Donostia International Physics Center (DIPC), el Centro de Física de Materiales (CSIC-UPV/EHU), el Centro Singular de Investigación en Química Biológica y Materiales Moleculares (CiQUS) de la Universidad de Santiago de Compostela, el Sincrotrón ALBA, la Universidad Tecnológica de Chalmers (Suecia) y la Universidad Estatal de Carolina del Norte (EE. UU.).
Implicaciones para la energía solar futura
Los resultados de este trabajo no solo aportan nuevos conocimientos fundamentales en la ciencia de los materiales, sino que también sientan las bases para el diseño de polímeros más estables, eficientes y ligeros, aplicables no solo en el campo de la energía solar, sino también en la electrónica flexible y la bioelectrónica. Representa un paso firme hacia tecnologías más limpias y sostenibles.
Jaime Martín y el Laboratorio de Polímeros Funcionales
Jaime Martín es investigador de Oportunius y dirige el Laboratorio de Polímeros Funcionales de CITENI, ubicado en el Campus Industrial de Ferrol. Su equipo trabaja en el diseño y la optimización de polímeros semiconductores para su uso en los campos de la electrónica orgánica y la energía solar. Martín lidera varios proyectos internacionales, incluyendo una prestigiosa Beca Consolidator del Consejo Europeo de Investigación (ERC), dotada con casi dos millones de euros.
Publicado por:
Oficina de Comunicación de la UDC