Las células solares orgánicas se perfilan como una solución viable para la demanda mundial de energía y la necesidad de sustituir las fuentes energéticas sucias y finitas por otras limpias y renovables.

Ying Diao, del Instituto Beckman de Ciencia y tecnología Avanzadas, dependiente de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Estados Unidos, y sus colegas son los primeros en observar la aparición de una propiedad llamada quiralidad en polímeros conjugados aquirales, que se utilizan para células solares flexibles. Su descubrimiento podría ayudar a mejorar la capacidad de carga eléctrica de las células solares y aumentar el acceso a energía renovable asequible.

La arquitectura enrollada del ADN es reconocible para muchos como una hélice. Estructuralmente hablando, el ADN y otras moléculas helicoidales se clasifican como quirales.

La quiralidad es un rasgo común en la naturaleza. Incluso potencia la reacción química que impulsa la fotosíntesis.

En bioquímica, la función de muchas moléculas está directamente relacionada con su quiralidad. Por ejemplo, los complejos proteicos que intervienen en la fotosíntesis. Cuando los electrones se mueven a través de las estructuras en espiral de las proteínas, se genera un campo magnético efectivo que ayuda a separar las cargas ligadas creadas por la luz. Esto significa que la luz puede dar lugar a productos bioquímicos de forma más eficiente.

Aprovechar la quiralidad para aumentar la eficiencia de las células solares orgánicas puede resultar decisivo para promover una amplia implantación de esta clase de células solares. 

En el ámbito científico se ha venido observando que por regla general las moléculas de estructuras similares tienden a mantenerse juntas: las moléculas quirales se ensamblan conformando estructuras quirales (como los ácidos nucleicos que forman el ADN) y las moléculas aquirales se ensamblan conformando estructuras aquirales. Diao y sus colegas observaron algo diferente. Bajo las condiciones adecuadas, los polímeros conjugados aquirales incumplen esa norma y se ensamblan conformando estructuras quirales.

Este hallazgo introduce nuevas oportunidades de investigación en la convergencia de la biología y la electrónica. Por primera vez, es factible obtener una estructura quiral mediante materiales que requieren polímeros conjugados.

Una aplicación práctica de esto que resulta particularmente provechosa está en el campo de las células solares, concretamente en el de los paneles solares delgados como hojas de papel y con el tamaño de una pantalla de ordenador. Compuestas en su totalidad por materiales orgánicos, estas células solares flexibles son lo bastante transparentes y ligeras como para adherirse al cristal de la ventana de un dormitorio. Además, se pueden fabricar rápidamente mediante un proceso de impresión que es casi el mismo que uno empleado para imprimir periódicos.

«Las células solares orgánicas pueden imprimirse a gran velocidad y a bajo coste, utilizando muy poca energía. Imagínese que un día las células solares sean tan baratas como los periódicos, y que usted pueda doblar una y llevarla en su mochila», destaca Diao.

Los polímeros conjugados son cruciales para el desarrollo y el diseño de tales células solares.

Habiendo descubierto la viabilidad de los polímeros conjugados quirales, ahora ya es posible plantearse maneras de aplicar esa propiedad a las células solares, profundizando en cómo la quiralidad mejora la fotosíntesis en la naturaleza. Con células solares orgánicas más eficientes, más baratas y que puedan fabricarse con suma rapidez, será factible generar gigavatios de energía diarios para satisfacer el rápido aumento de la demanda energética mundial, tal como expone Diao.

Diao y sus colegas exponen los detalles técnicos de su investigación en la revista académica Nature Communications, bajo el título “Chiral emergence in multistep hierarchical assembly of achiral conjugated polymers”.