p Compreender como as partículas viajam através de um dispositivo é vital para melhorar a eficiência das células solares. Pesquisadores da KAUST, trabalhando com uma equipe internacional de cientistas, agora desenvolveram um conjunto de diretrizes de design para aprimorar o desempenho de materiais moleculares. p Quando um pacote de luz, ou fóton, é absorvido por um semicondutor, ele gera um par de partículas conhecidas como exciton. Um elétron é uma parte deste par; o outro é seu equivalente carregado positivamente, chamado de buraco. Excitons são eletricamente neutros, portanto, é impossível colocá-los em movimento aplicando um campo elétrico. Em vez disso, os excitons "saltam" por um movimento aleatório ou difusão. A dissociação dos excitons em cargas é necessária para criar uma corrente, mas é altamente improvável em um semicondutor orgânico.

p "Tão tipicamente, precisamos misturar dois semicondutores, um assim chamado doador de elétrons e um aceitador de elétrons, para gerar cobranças gratuitas de maneira eficiente, "explica Yuliar Firdaus." Os materiais doadores e aceitadores penetram um no outro; maximizar o comprimento de difusão do exciton - a distância que o exciton pode viajar antes de se recombinar e se perder - é crucial para otimizar o desempenho da célula solar orgânica.

p Muitas células solares orgânicas anteriores foram feitas pela mistura de um polímero com moléculas, conhecido como fulerenos. Mas, mais recentemente, substituir o fulereno por outros materiais orgânicos, como pequenas moléculas não-fulereno, produziu melhorias impressionantes na eficiência do dispositivo.

p Firdaus e colegas combinaram medições da fotocorrente com espectroscopia ultrarrápida para calcular o comprimento de difusão de uma ampla variedade de moléculas não-fulllereno. Eles observaram comprimentos de difusão de excitons muito longos, na faixa de 20 a 47 nanômetros - uma melhoria na característica de faixa de 5 a 10 nanômetros dos fulerenos.

p Para entender melhor essa melhoria, a equipe comparou dados que descrevem a estrutura cristalográfica das moléculas com cálculos químicos quânticos. Desta forma, eles poderiam identificar as relações principais entre a estrutura química da molécula e o comprimento de difusão. Com essas conexões estabelecidas, os cientistas desenvolveram um conjunto de regras para auxiliar na síntese de materiais aprimorados e, em última análise, ajudar no projeto de dispositivos fotovoltaicos orgânicos com eficiência de conversão aprimorada.

p "Próximo, pretendemos investigar como os processos de processamento de filmes podem afetar a taxa de transferência de excitons dos aceptores de pequenas moléculas existentes, "diz Firdaus." Também estamos interessados ​​em traduzir as regras de design molecular para sintetizar novos materiais aceitadores com melhor desempenho. "