Pesquisadores do Instituto Qingdao de Bioenergia e Tecnologia de Bioprocessos (QIBEBT) da Academia Chinesa de Ciências (CAS) fizeram avanços significativos na melhoria da eficiência de conversão de energia (PCE) de células solares orgânicas ternárias (TOSCs).
Células solares fotovoltaicas orgânicas
As células solares fotovoltaicas orgânicas (OSCs) representam uma abordagem única para converter a luz solar em eletricidade, utilizando materiais orgânicos, muitas vezes pequenas moléculas ou polímeros, em vez de materiais inorgânicos tradicionais como o silício cristalino.
Os OSCs oferecem diversas vantagens, incluindo flexibilidade, design leve e economia por meio de tecnologias baseadas em soluções, como impressão a jato de tinta. Isso os torna adequados para diversas aplicações, desde sensores e carregadores portáteis até eletrônicos vestíveis.
Os OSCs também podem ser semitransparentes ou coloridos, permitindo a integração estética em elementos arquitetônicos como edifícios e janelas.
Terceiro componente que aumenta a eficiência
No entanto, os OSCs tradicionalmente sofrem de PCE mais baixo em comparação com as células solares inorgânicas. Os TOSCs, com a adição exclusiva de um componente “convidado”, surgiram como uma solução para esse desafio.
Ao contrário das células solares orgânicas binárias padrão que consistem em um material doador e um material aceitador, os TOSCs introduzem um terceiro componente, o “convidado”.
Este componente convidado desempenha um papel crucial na melhoria de vários aspectos do desempenho das células solares, como a modificação dos fluxos internos de energia e a otimização da conversão de luz em energia.
Também pode expandir o espectro de absorção de luz selecionando um material hóspede que absorva luz fora da faixa coberta pelo doador ou aceitador. Além disso, a morfologia do filme de mistura, onde ocorrem processos-chave como dissociação de éxciton e transporte de carga, pode ser ajustada com precisão.
A colocação do componente convidado dentro da estrutura da célula solar, seja imerso no material doador, incorporado no material aceitador ou espalhado pelas interfaces, impacta significativamente o desempenho. Podendo facilitar a rápida transferência de energia ou aumentar a absorção de luz, dependendo da sua localização.
Aumento de mais de 15% na eficiência de conversão de energia das células solares
Em seu estudo, os pesquisadores introduziram um componente convidado chamado LA1 no TOSC, modificando-o com cadeias laterais de fenilalquil para aumentar a cristalinidade e o alinhamento, mantendo a compatibilidade. Esta modificação levou a um melhor desempenho do TOSC.
Além disso, ao manipular variáveis que afetam a interação com os componentes do hospedeiro, os pesquisadores alcançaram agregações de moléculas hóspedes semelhantes a ligas em todas as moléculas hospedeiras.
Essas “ligas” hospedeiro/convidado poderiam ser ajustadas para melhorar o transporte de carga elétrica e suprimir a recombinação de carga, resultando em aumentos iniciais de PCE de mais de 15%. Posteriormente, quando combinado com a família de aceitadores Y6 como componente hospedeiro, foram alcançados ganhos de eficiência ainda maiores, superiores a 19%.
Este avanço na tecnologia TOSC não só aumenta a eficiência das células solares orgânicas, mas também abre portas para soluções de energia solar mais versáteis e econômicas, com aplicações em vários setores.
Fonte: Azom
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