Fotovoltaicos orgânicos alcançaram eficiências notavelmente altas, mas encontrar combinações ideais de materiais para células solares orgânicas de alto desempenho, que também são economicamente competitivos, ainda representa um desafio. Pesquisadores dos Estados Unidos e da China desenvolveram agora um material intercalar inovador para melhorar a estabilidade do dispositivo e o desempenho do eletrodo. No jornal Angewandte Chemie , os autores descrevem seus spiked de fulereno, polímero de ioneno prontamente processável, que aumenta a eficiência de conversão de energia das células solares orgânicas.

Em contraste com as células solares à base de silício comuns, fotovoltaicos orgânicos (OPVs) envolvem moléculas orgânicas na geração de energia solar. Os materiais em OPVs são abundantes e processáveis, barato e leve, e os módulos podem ser flexíveis e com propriedades ajustáveis. A principal desvantagem de tais materiais é que alcançar longevidade e alto desempenho requer configurações e arquiteturas elaboradas. Combinações otimizadas de materiais que combinam com os eletrodos permanecem indefinidas.

Metais de prata ou ouro formam estáveis ​​ao ar, cátodos processáveis, mas também reduzem o potencial do dispositivo. Para superar esse problema, Yao Lui da Universidade de Tecnologia Química de Pequim (China), e Thomas Russell e Todd Emrick da Universidade de Massachusetts, Amherst (EUA), e seus grupos de pesquisa, desenvolveram um novo material polimérico para servir como uma camada intermediária entre o eletrodo e a camada ativa. Esta camada intermediária deve ser condutiva e deve diminuir a função de trabalho do cátodo, fornecendo um dipolo interfacial.

Como um material intercalar, os pesquisadores investigaram uma nova classe de polímeros carregados, os polímeros de ioneno. "Polímeros de ioneno são policatiões em que as porções carregadas são posicionadas dentro da estrutura do polímero, em vez de grupos pendentes, "explicam os autores. Isso leva a uma distribuição de carga mais alta do que em polímeros catiônicos convencionais, e, além disso, melhor sintonização. Os polímeros de ioneno fornecem um dipolo interfacial útil, mas sozinho, eles não têm a condutividade necessária.

Portanto, os autores incluíram fulerenos na estrutura estrutural da camada de polímero. As chamadas "bolas de bucky" - esferas de fulllerene feitas exclusivamente de carbono - já são usadas como moléculas aceitadoras comuns em dispositivos OPV. Eles são altamente condutores e têm muitas outras propriedades favoráveis.

Os cientistas prepararam o material intercalar de fulereno-ioneno inovando na química de polimerização de crescimento em etapas convencional com novos, monômeros funcionais. Eles montaram os dispositivos OPV e incluíram uma camada intermediária. O resultado foi um aumento impressionante na eficiência de conversão de energia - em média três vezes maior - quando comparado a dispositivos sem camada intermediária. Eficiências de mais de 10% apontam para maior aplicabilidade desses dispositivos modulares.

Este trabalho mostra que uma modificação relativamente simples na composição de materiais pode melhorar a eficiência em eletrônica orgânica e pode superar problemas intrínsecos relacionados à combinação de materiais duros (eletrodos) e moles (camada ativa).