Células fotovoltaicas orgânicas (OPV), uma tecnologia de célula solar de terceira geração que pode converter energia solar em eletricidade, foram considerados mais eficientes do que células de silício sob iluminação LED interna de baixa intensidade. Essas células também têm mostrado grande potencial para alimentar baixo consumo, eletrônicos fora da rede em ambientes internos.

Apesar de seu enorme potencial, a eficiência de conversão de energia das células OPV é atualmente limitada por perdas substanciais em sua tensão de circuito aberto. Além disso, estudos anteriores sugerem que, quando usados ​​para iluminação interna, seu espectro de absorção está longe de ser o ideal.

Em uma busca para superar essas limitações, uma equipe de pesquisadores da Academia Chinesa de Ciências da China e da Universidade de Linköping na Suécia projetou recentemente um aceptor não-fulereno que poderia permitir células fotovoltaicas orgânicas de alto desempenho para aplicações internas. Este novo aceitador, apresentado em um artigo publicado em Nature Energy , pode ser misturado com um doador de polímero para obter uma camada fotoativa com um espectro de absorção que corresponde ao de fontes de luz internas.

A camada ativa que converte energia luminosa em energia elétrica em células solares orgânicas, como OPVs, é feito de uma mistura fina de duas moléculas, que são referidos como o doador e o aceitador. Essas moléculas podem essencialmente ser ajustadas para absorver tipos de luz com diferentes comprimentos de onda.

"Nesse trabalho, apresentamos uma combinação doador / aceitador ajustada para absorver a luz visível, "Jonas Bergqvist, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse TechXplore. "O doador e o aceitador também estão ajustados para fornecer uma alta tensão de 1,24 V sob iluminação solar."

Bergqvist e seus colegas combinaram o aceitador que desenvolveram, apelidado de IO-4Cl, com um doador de polímero conhecido como PBDB-TF. Ao combinar essas duas moléculas, eles alcançaram uma camada fotoativa com um espectro de absorção que está alinhado com o de fontes de luz internas, o que o torna ideal para aplicações internas.

"Muitos aceitadores de alto desempenho para fotovoltaicos orgânicos tiveram um baixo intervalo de banda com início de absorção de ~ 800 nm, "Disse Bergqvist." Neste trabalho, modificamos o aceitador ITIC para aumentar o bandgap e, dessa forma, combinar a absorção do material com o espectro de iluminação interna (combinando com a luz visível 400-700 nm). "

O largo bandgap observado no material idealizado pelos pesquisadores resulta em uma tensão mais alta, permitindo maior desempenho de energia em ambientes internos. Os pesquisadores avaliaram o desempenho de seu aceitador em situações onde a única iluminação era uma luz LED de baixa intensidade, simulando condições típicas em uma variedade de espaços internos, incluindo salas de estar, bibliotecas e shoppings.

Nestes testes, o aceitador que desenvolveram permitiu uma eficiência de conversão de energia de até 26,1 por cento, usando um 1 cm ² dispositivo. Quando Bergqvist e seus colegas testaram um tamanho maior (ou seja, 4 cm ² ) dispositivos alimentados por seu aceitador, eles alcançaram uma notável eficiência de conversão de energia de 23,9 por cento.

"A digitalização da nossa sociedade está crescendo e a Internet das Coisas e os dispositivos inteligentes são um mercado em forte crescimento, "Bergqvist disse." Muitos desses dispositivos consomem pouca energia e dispositivos eficientes de captação de energia luminosa podem ajudar a alimentá-los. Os OPVs de alto desempenho combinados com a produção de impressão e revestimento de rolo a rolo mostram um grande potencial para alimentar coisas inteligentes conectadas. "

A grande lacuna, o aceitador não-fulereno desenvolvido por Bergqvist e seus colegas poderia finalmente permitir um desempenho superior em células fotovoltaicas orgânicas em ambientes internos. Isso pode ter implicações importantes para o desenvolvimento de tecnologias de células solares mais avançadas, que não se limita a aplicações externas.

"Podemos ajustar facilmente o espectro de absorção desses materiais orgânicos, para que possamos maximizar a eficiência da conversão de luz interna, "Feng Gao, outro pesquisador envolvido no estudo, disse TechXplore. “Isso não é possível para células solares de silício comerciais. Por esse motivo, Eu realmente acredito que as células solares orgânicas fornecem um candidato único e promissor para aplicações internas, como alimentar a Internet das Coisas. "

Em anos que virão, o novo aceptor para células OPV desenvolvido por esta equipe de pesquisadores poderia ser usado para criar dispositivos mais eficientes em termos de energia. Em seu trabalho futuro, Bergqvist, Gao e seus colegas planejam continuar desenvolvendo o aceitador junto com Jianhou Hou da Academia Chinesa de Ciências, investigando novas maneiras de melhorar seu desempenho.

Por exemplo, aumentar a fotocorrente pode levar a um aumento adicional na eficiência de conversão de energia. Cálculos realizados pelos pesquisadores sugerem que teoricamente seria possível elevar sua eficiência de conversão de energia para mais de 40%.

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