As células solares orgânicas que podem ser pintadas ou impressas em superfícies são cada vez mais eficientes, e agora mostram a promessa de incorporação em aplicações como roupas, que também exigem que sejam flexíveis.

O laboratório do engenheiro químico e biomolecular Rafael Verduzco da Rice University desenvolveu fotovoltaicos orgânicos flexíveis que podem ser úteis onde constantes, a geração de baixa energia é suficiente.

A pesquisa aparece na revista American Chemical Society Química de Materiais .

As células solares orgânicas dependem de materiais à base de carbono, incluindo polímeros, ao invés de difícil, materiais inorgânicos como silício, para capturar a luz do sol e traduzi-la em corrente. Os orgânicos também são finos, leve, semitransparente e barato. Enquanto no meio do caminho, comercial, as células solares à base de silício têm uma eficiência de cerca de 22% - a quantidade de luz solar convertida em eletricidade - os orgânicos atingem cerca de 15%.

"O campo está obcecado com o gráfico de eficiência há muito tempo, "Verduzco disse." Houve um aumento na eficiência desses dispositivos, mas as propriedades mecânicas também são muito importantes, e essa parte foi negligenciada.

"Se você esticar ou dobrar coisas, você obtém rachaduras na camada ativa e o dispositivo falha. "

Verduzco disse que uma abordagem para corrigir o problema frágil seria encontrar polímeros ou outros semicondutores orgânicos que são flexíveis por natureza, mas seu laboratório tomou outro rumo. “Nossa ideia era nos ater aos materiais que foram cuidadosamente desenvolvidos ao longo de 20 anos e que sabemos que funcionam, e encontrar uma maneira de melhorar suas propriedades mecânicas, " ele disse.

Em vez de fazer uma malha e despejar os polímeros semicondutores, os pesquisadores do Rice misturaram reagentes de tiol-eno à base de enxofre. As moléculas se misturam aos polímeros e depois se reticulam para fornecer flexibilidade.

O processo tem custo, porque muito pouco tiol-eno deixa os polímeros cristalinos propensos a rachar sob estresse, enquanto muito diminui a eficiência do material.

Os testes ajudaram o laboratório a encontrar sua Zona Goldilocks. "Se substituirmos 50 por cento da camada ativa por esta malha, o material receberia 50 por cento menos luz e a corrente cairia, "Disse Verduzco." Em algum momento, não é prático. Mesmo depois de confirmarmos que a rede estava se formando, precisávamos determinar quanto tioleno precisávamos para suprimir a fratura e o máximo que poderíamos aplicar sem torná-lo inútil como dispositivo eletrônico. "

Com cerca de 20 por cento de tiol-eno, eles descobriram que as células mantiveram sua eficiência e ganharam flexibilidade. "Eles são moléculas pequenas e não perturbam muito a morfologia, "Disse Verduzco." Podemos lançar luz ultravioleta ou aplicar calor ou apenas esperar, e com o tempo a rede se formará. A química é suave, rápido e eficiente. "

O próximo passo foi esticar o material. "P3HT puro (a camada baseada em politiofeno ativo) começou a rachar em cerca de 6 por cento de deformação, "Disse Verduzco." Quando adicionamos 10 por cento de tioleno, poderíamos esticar até 14 por cento. Com cerca de 16 por cento de tensão, começamos a ver rachaduras em todo o material. "

Em tensões superiores a 30 por cento, o material flexionou perfeitamente, mas tornou-se inútil como célula solar. "Descobrimos que não há essencialmente nenhuma perda em nossa fotocorrente até cerca de 20 por cento, "ele disse." Esse parece ser o ponto ideal. "

Danos sob tensão afetaram o material mesmo quando a tensão foi liberada. "A tensão afeta como esses domínios de cristal se compactam e se traduzem em rupturas microscópicas no dispositivo, "Verduzco disse." Os buracos e elétrons ainda precisam de caminhos para chegar aos eletrodos opostos. "

Ele disse que o laboratório espera experimentar diferentes materiais fotovoltaicos orgânicos enquanto trabalha para torná-los mais flexíveis com menos aditivo para células de teste maiores.