p A percepção das perdas de energia que afetam a conversão de luz em eletricidade pode ajudar a aumentar a eficiência das células solares orgânicas. Uma equipe de químicos orgânicos liderada pela KAUST, engenheiros de materiais, espectroscopistas e físicos teóricos de seis grupos de pesquisa avaliaram extensivamente os processos de limitação de eficiência em sistemas fotovoltaicos orgânicos. p Para colher luz, células solares orgânicas de ponta dependem de heterojunções em massa, misturas de materiais doadores e aceitadores de elétrons responsivos à luz. Quando a luz atinge a heterojunção, os estados excitados resultantes são pares de elétrons e buracos carregados positivamente que precisam ser separados para formar corrente elétrica. Durante a separação de carga, o doador dá elétrons ao aceitador, e o aceitador transfere os furos para o doador. Portanto, a eficiência das células solares depende de dois fatores-chave:o deslocamento da afinidade eletrônica entre esses materiais, que corresponde à capacidade do aceitador de ganhar um elétron e conduzir a transferência de elétrons; e o deslocamento de energia de ionização, que representa a propensão do doador de liberar um elétron, facilitando a transferência do furo.

p Os aceitadores não-fulllerene (NFAs) produziram recentemente células solares com eficiências de conversão de quase 20 por cento, superando os aceitadores baseados no fulereno que anteriormente dominavam. "A chave para essas eficiências recordes é o design e a síntese de materiais que combinam geração de carga eficiente com perdas mínimas de energia, "explica o líder da equipe, Frédéric Laquai." No entanto, o papel preciso das compensações de energia e seus processos relacionados não é claro, que paralisou o desenvolvimento de regras de design para sistemas baseados em NFA ", acrescenta.

p Para endereçar isto, a equipe multidisciplinar desenvolveu uma abordagem para monitorar os processos fotofísicos que influenciam a geração de carga em 23 sistemas diferentes baseados em NFA. "Com nosso colaborador, Denis Andrienko do Instituto Max Planck para Pesquisa de Polímeros na Alemanha, desenvolvemos um modelo conciso que nos permitiu correlacionar nossas observações experimentais a parâmetros físicos e estruturas químicas, "diz o cientista pesquisador, Julien Gorenflot.

p Os pesquisadores descobriram que, ao contrário dos relatórios recentes, compensações substanciais de energia de ionização foram necessárias para gerar cargas. Em contraste, os deslocamentos de afinidade de elétrons falharam em induzir a separação de carga, independentemente de sua magnitude. Essas descobertas inesperadas resultam de um processo conhecido como transferência de energia de ressonância de Förster, que parece competir com a transferência de elétrons. A pós-doutoranda Catherine De Castro explica que "esta é uma consequência imediata do princípio de design das misturas, onde doador e aceitador apresentam emissão e absorção sobrepostas, o que facilita a transferência de energia. "

p A equipe planeja projetar novos materiais combinando eficiências aprimoradas de geração de carga com menores perdas de energia. "Isso ajudará a reduzir a lacuna de eficiência para outras tecnologias fotovoltaicas emergentes e aproximar a fotovoltaica orgânica da maturidade e aplicação, "Gorenflot diz.

p O estudo é publicado em Materiais da Natureza .