Como construir células solares orgânicas eficientes

August 7, 2018

Twenty-five pesquisadores de sete institutos de pesquisa uniram suas cabeças para elaborar regras para projetar as células solares orgânicas de grande eficacia. A pesquisa é conduzida por Feng Gao, professor adjunto na universidade de Linkoping, Suécia.

As células solares orgânicas, feitas dos materiais carbono-baseados, apresentam as vantagens originais comparadas com outras tecnologias da célula solar. Por exemplo, podem ser fabricados com as tecnologias baratas da impressão, e podem ser feitos semi-transparentes com cores selecionáveis, que podem ser usadas arquitetonicamente na integração da construção. Seus flexibilidade e baixo peso fazem-nos perfeitos para pôr os sensores para o Internet de aplicações das coisas.

Um desafio chave que enfrenta o desenvolvimento de células solares orgânicas é que têm geralmente grandes perdas de energia.

“Nós formulamos algumas regras racionais do projeto para minimizar perdas de energia em células solares orgânicas. Depois destas regras, nós apresentamos uma escala dos exemplos com perdas de baixa energia e efficencies da conversão de poder superior,” diz Feng Gao, professor adjunto na divisão da eletrônica biomolecular e orgânica na universidade de Linkoping.

As regras do projeto, que desafiam algumas ideias previamente guardadas, foram publicadas em um artigo no jornal Nature Materials.

Usando estas regras do projeto, as células solares orgânicas prometem alcançar com seus concorrentes no que diz respeito à eficiência de conversão do poder, que mede a fração da energia na radiação do sol que é convertida à eletricidade. O limite teórico para a fração da energia do sol que pode ser obtida nas células solares é ao redor 33%. As experiências do laboratório com células solares silicone-baseadas conseguiram 25% o melhor possível. Os pesquisadores até aqui acreditaram que o limite para células solares orgânicas é mais baixo.

“Mas nós sabemos agora que não há nenhuma diferença -- o limite teórico é o mesmo para as células solares fabricadas do silicone, perovskites ou polímeros,” diz Olle Inganas, professor da eletrônica biomolecular e orgânica, universidade de Linkoping.

Quando os fotão do sol são absorvidos pelo polímero semiconducting em uma célula solar, os elétrons no material fornecedor estão aumentados para um estado entusiasmado, e os furos são formados no estado à terra a que os elétrons permanecem atraídos. A fim separar estes elétrons encadernados e furos, um material do aceitante é adicionado. Contudo, este material do aceitante conduz geralmente às perdas de energia extra, uma edição que incomode a comunidade orgânica da célula solar por mais de duas décadas.

O artigo em Nature Materials apresenta duas regras fundamentais para minimizar perdas de energia para células solares orgânicas altamente eficientes: -- Minimize a energia deslocada entre o doador e os componentes do aceitante. -- Certifique-se de que o componente de baixo-Gap na mistura tem um photoluminescence alto.

Os pesquisadores nos sete institutos de pesquisa nos E.U., na China e na Europa produziram junto em torno de dúzia materiais diferentes, alguns de que têm sido relatados previamente e outro é completamente novo. Usaram estes para demonstrar que a teoria nova concorda com os resultados experimentais, mesmo que fosse um tanto incompatível com o que foi acreditado previamente.

Além do que Feng Gao, Artem um Bakulin do Imperial College London e Veaceslav Coropceanu do Instituto de Tecnologia de Geórgia são autores igualmente correspondentes do artigo. A pesquisa foi financiada por concessões das fontes na Suécia, na UE, nos E.U. e em China, e igualmente realizada no âmbito da iniciativa estratégica em materiais funcionais avançados, AFM, na universidade de Linkoping.

 

 FONTE: Seience diário