As células solares orgânicas (OSCs), que usam polímeros orgânicos para converter a luz solar em eletricidade, receberam atenção considerável por suas propriedades desejáveis ​​como fontes de energia de próxima geração. Essas propriedades incluem sua natureza leve, flexibilidade, escalabilidade e alta eficiência de conversão de energia (> 19%). Atualmente, existem várias estratégias para melhorar o desempenho e a estabilidade dos OSCs. No entanto, um problema que permanece é a dificuldade de controlar a morfologia da camada ativa em OSCs ao escalar para grandes áreas. Isso torna difícil obter filmes finos de camada ativa de alta qualidade e, por sua vez, ajustar a eficiência do dispositivo.
Em um estudo recente, uma equipe de pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia de Gwangju, na Coréia, decidiu abordar esse problema. Em seu trabalho, publicado em Advanced Functional Materials , eles sugeriram uma solução que parece bastante contra-intuitiva à primeira vista:usar o tratamento de água para controlar a morfologia da camada ativa.

"A água é conhecida por prejudicar o desempenho de dispositivos eletrônicos orgânicos, uma vez que permanece nos 'estados de armadilha' do material orgânico, bloqueando o fluxo de carga e degradando o desempenho do dispositivo. solução ativa baseada como meio de método de tratamento permitiria as mudanças físicas necessárias sem causar reações químicas", explica o professor Dong-Yu Kim, que liderou o estudo.

Os pesquisadores escolheram os polímeros PTB7-Th e PM6 como materiais doadores e PC₆₁ BM e EH-IDTBR e Y6 como materiais aceitadores para a camada ativa. Eles notaram que induzir um vórtice para misturar os materiais doador e aceitador na solução ativa poderia levar a uma solução ativa bem misturada, mas não era suficiente por si só.

A solução ativa era hidrofóbica e, consequentemente, os pesquisadores decidiram usar água deionizada (DI) e vórtices para agitar a solução. Eles deixaram os materiais doadores e aceitadores descansarem no clorobenzeno (solução ativa do hospedeiro) durante a noite e, em seguida, adicionaram água DI na solução e a agitaram, criando pequenos vórtices.

Devido à natureza hidrofóbica da solução, a água empurrou as moléculas doadoras e aceitadoras, fazendo com que elas se dissolvessem mais finamente na solução. Eles então deixaram a solução descansar, o que fez com que a água se separasse da solução. Esta água foi então removida e a solução ativa tratada com água foi usada para preparar filmes finos de PTB7-Th:PC₆₁ BM (F, fulereno), PTB7-Th:EH-IDTBR (NF, fulereno) e PM6:Y6 (H-NF, não fulereno de alta eficiência).

Os pesquisadores então examinaram o desempenho fotovoltaico desses filmes finos em uma configuração de OSC invertido revestido por slot e os compararam com os de OSCs sem tratamento de água.

"Observamos que a solução ativa tratada com água resultou em filmes finos de camada ativa mais uniformes, que apresentaram maior eficiência de conversão de energia em comparação com os não tratados com água. Além disso, fabricamos módulos OSC de grande área com área ativa de 10 cm ² , que mostrou uma eficiência de conversão de até 11,92% para filmes H-NF tratados com água", diz o professor Kim. + Explore mais

Mais de 14% de eficiência para célula solar orgânica ternária com camada ativa de 300 nm de espessura