Células solares que usam misturas de moléculas orgânicas para absorver a luz solar e convertê-la em eletricidade, que pode ser aplicado a superfícies curvas, como a carroceria de um carro, poderia estar um passo mais perto graças a uma descoberta que desafia o pensamento convencional sobre um dos principais componentes desses dispositivos.

Uma célula solar orgânica básica consiste em uma fina película de semicondutores orgânicos imprensada entre dois eletrodos que extraem as cargas geradas na camada semicondutora orgânica para o circuito externo. Há muito se supõe que 100% da superfície de cada eletrodo deve ser eletricamente condutiva para maximizar a eficiência da extração de carga.

Cientistas da Universidade de Warwick descobriram que os eletrodos em células solares orgânicas realmente precisam de apenas 1% de sua área de superfície para serem eletricamente condutores para serem totalmente eficazes, que abre a porta para o uso de uma variedade de materiais compostos na interface entre os eletrodos e as camadas semicondutoras orgânicas de coleta de luz para melhorar o desempenho do dispositivo e reduzir custos. A descoberta, publicado hoje (11 de setembro), é relatado em Materiais Funcionais Avançados .

O líder acadêmico, Dr. Ross Hatton do Departamento de Química da Universidade, disse:"É amplamente aceito que se você deseja otimizar o desempenho das células solares orgânicas, você precisa maximizar a área da interface entre os eletrodos e os semicondutores orgânicos. Perguntamos se isso era realmente verdade."

Os pesquisadores desenvolveram um modelo de eletrodo que poderia alterar sistematicamente a área de superfície de, e descobri que, quando até 99% de sua superfície estava isolando eletricamente, o eletrodo ainda tinha um desempenho tão bom quanto se 100% da superfície fosse condutora, desde que as regiões condutoras não estejam muito distantes umas das outras.

Células solares orgânicas de alto desempenho têm camadas transparentes adicionais nas interfaces entre os eletrodos e a camada semicondutora orgânica de coleta de luz que são essenciais para otimizar a distribuição de luz no dispositivo e melhorar sua estabilidade, mas também deve ser capaz de conduzir cargas aos eletrodos. Esta é uma tarefa difícil e poucos materiais atendem a todos esses requisitos.

Dra. Dinesha Dabera, o pesquisador de pós-doutorado neste projeto financiado pelo Leverhulme Trust, explica:"Esta nova descoberta significa compostos de isoladores e nanopartículas condutoras, como nanotubos de carbono, fragmentos de grafeno ou nanopartículas de metal, poderia ter um grande potencial para este propósito, oferecendo desempenho aprimorado do dispositivo ou menor custo.

"As células solares orgânicas estão muito perto de serem comercializadas, mas ainda não chegaram lá, portanto, qualquer coisa que permita reduzir ainda mais os custos e, ao mesmo tempo, melhorar o desempenho ajudará a possibilitar isso. "

Dr. Hatton, que será entrevistado por Serena Bashal da UK Youth Climate Coalition no British Science Festival esta semana, explica:"O que fizemos foi demonstrar uma regra de design para este tipo de célula solar, o que abre possibilidades muito maiores para a escolha de materiais no dispositivo e assim poderia ajudar a possibilitar sua realização comercialmente. ''

As células solares orgânicas são potencialmente muito amigáveis ​​ao meio ambiente, porque eles não contêm elementos tóxicos e podem ser processados ​​em baixa temperatura usando deposição rolo a rolo, portanto, pode ter uma pegada de carbono extremamente baixa e um curto tempo de retorno de energia.

O Dr. Hatton explica:"Há uma necessidade crescente de células solares que possam ser suportadas em substratos flexíveis que sejam leves e com cores ajustáveis. As células solares de silício convencionais são fantásticas para a geração de eletricidade em grande escala em fazendas solares e nos telhados de edifícios , mas eles são inadequados para as necessidades de veículos elétricos e para integração em janelas em edifícios, que não são mais aplicações de nicho. As células solares orgânicas podem sentar-se em superfícies curvas, e são muito leves e de baixo perfil.

"Esta descoberta pode ajudar a permitir que esses novos tipos de células solares flexíveis se tornem uma realidade comercial mais cedo, porque dará aos projetistas desta classe de células solares mais escolha nos materiais que podem usar."