As células solares orgânicas são feitas de materiais baratos e abundantes, mas sua eficiência e estabilidade ainda ficam atrás das células solares à base de silício. Uma equipe sino-alemã de cientistas descobriu uma maneira de aumentar a condutividade elétrica das células solares orgânicas, o que aumenta seu desempenho. Dopagem da camada intermediária de óxido de metal, que conectou o eletrodo e a camada ativa, com um corante orgânico modificado aumentou a eficiência e estabilidade, o estudo publicado na revista Angewandte Chemie revelado.

As células solares orgânicas convertem luz em corrente elétrica. O coração das células é a camada orgânica ativa feita de moléculas orgânicas especialmente projetadas. Aqui, elétrons e buracos, as contrapartes positivas dos elétrons, são gerados pela luz e viajam para os eletrodos para formar a corrente elétrica. Um problema recorrente no projeto de células solares orgânicas é a combinação dos tipos de materiais. Os eletrodos são feitos de materiais inorgânicos, mas a camada ativa é orgânica. Para juntar os dois materiais, as camadas intermediárias de óxido de metal são introduzidas em muitos tipos de células orgânicas. Mas na maioria dos designs, as condutividades resultantes não são ideais.

Frank Würthner da Universidade de Würzburg, Alemanha, e Zengqi Xie na South China University of Technology (SCUT), Guangzhou, China, investigaram a ideia de fazer uma camada intermediária de óxido de zinco ligeiramente mais orgânica e fotocondutora para reduzir a resistência de contato quando irradiada com luz solar. Os cientistas prepararam um corante orgânico de forma que formou complexos estáveis ​​com os íons de zinco presentes na camada de óxido de zinco. Sob a luz do sol, este corante modificado chamado hidroxi-PBI injetaria elétrons na camada intermediária de óxido de zinco, o que aumentaria sua condutividade.

Os cientistas então montaram a célula solar orgânica, que consistia em um eletrodo de vidro de óxido de estanho e índio (ITO), a camada de óxido de zinco dopada com o corante hidroxi-PBI, a camada ativa feita de um polímero como o doador de elétrons e uma molécula orgânica como o aceitador, outra camada intermediária de óxido de metal, e um eletrodo de alumínio como eletrodo positivo. Esta arquitetura, que é chamada de célula de heterojunção em massa invertida, é o de uma célula solar orgânica de última geração, que atinge um máximo de 15 por cento de eficiência de conversão de energia.

O doping intercalar foi benéfico de várias maneiras. Dependendo do corante - os cientistas verificaram o desempenho de vários corantes com estruturas ligeiramente diferentes - eficiências de conversão de quase 16% foram alcançadas. E a camada intermediária de óxido de zinco dopado com corante também parecia ser mais estável do que sem o dopagem. Os autores disseram que era importante que o corante PBI fosse modificado para sua forma hidroxi-PBI, que deu origem a complexos estreitos com os íons de zinco. Só então uma estrutura híbrida inorgânico-orgânica poderia evoluir para formar um bom contato com os materiais ativos.