Energia de superfície (γ_s ) desempenha um papel fundamental na formação de filmes bulk-heterojunction (BHJ) em células solares orgânicas fabricadas por processo de solução. A miscibilidade dos filmes de BHJ pode ser prevista pela diferença de energia superficial entre doador e aceitador. A distribuição vertical e a orientação de empilhamento dos filmes BHJ podem ser reguladas pela energia de superfície na camada de interface inferior. A energia superficial do filme fino é geralmente obtida pela medição do ângulo de contato usando o modelo de Owens-Wendt.
No entanto, este método de medição não pode refletir a distribuição de energia de superfície na faixa de nanoescala e não pode explicar diretamente o empilhamento em nanoescala e a separação de fases na estrutura BHJ.

Recentemente, uma equipe de pesquisa liderada pelos Profs. Zhou Huiqiong, Qiu Xiaohui e Zhang Yong do Centro Nacional de Nanociência e Tecnologia (NCNST) da Academia Chinesa de Ciências (CAS) propuseram uma nova estratégia para investigar a regulação da distribuição de energia de superfície em nanoescala na camada de interface de células solares orgânicas. O estudo foi publicado em Joule .

Os pesquisadores usaram a técnica Peak-Force Quantitative Nanomechanical Mappings (PFQNM) baseada em AFM para caracterizar a distribuição de energia de superfície em nanoescala de camadas de transporte de buracos em células solares orgânicas. Eles descobriram que a distribuição de energia de superfície de poli3, 4-etilenodioxitiofeno:sulfonato de poliestireno (PEDOT:PSS) pode ser efetivamente regulada pela dopagem de MoS₂ nanofolhas com diferentes tamanhos laterais e a heterogeneidade da distribuição PEDOT:PSS podem ser ampliadas. A distribuição heterogênea de energia de superfície (HeD-SE) pode regular ainda mais a distribuição molecular, orientação do cristal e separação de fases da camada ativa.

Devido à otimização da morfologia da camada ativa pelo HeD-SE, o desempenho e a estabilidade das células solares orgânicas foram aprimorados com a melhor eficiência de conversão de energia (PCE) de 18,27%. Além disso, a razão de realce de PCE foi proporcional ao aumento de Δγ_s no BHJ.

A equipe do Prof. Zhou tem se dedicado à manipulação de interface em células solares orgânicas processadas em solução e realizou uma série de estudos sobre a regulação da energia de superfície em células solares orgânicas. Os pesquisadores primeiro alcançaram um alto fator de preenchimento de 80% em células solares orgânicas, incorporando WO_x nanopartículas em PEDOT:PSS. Em seguida, eles exploraram as relações entre a orientação de empilhamento da camada ativa, o desempenho das células solares orgânicas e a energia de superfície da camada de interface. A estratégia de modificação interfacial foi utilizada para estudar a camada de transporte de elétrons em dispositivos invertidos, e tem sido utilizada em células solares de perovskita. Ao usar o biopolímero heparina sódica para modificar a energia de superfície, o defeito de interface das células solares de perovskita foi passivado com melhorias de PCE e estabilidade. + Explorar mais

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