Uma incompatibilidade eletrônica nos pares de materiais usados ​​para fazer células solares orgânicas pode melhorar a operação da célula, mostraram os pesquisadores da KAUST. A descoberta surpresa—publicada em Materiais Avançados e feito após uma reanálise abrangente de materiais solares orgânicos de última geração - deve permitir que os pesquisadores prevejam novas formulações orgânicas com forte desempenho de células solares.
A camada de captura de luz das células solares orgânicas é tipicamente composta por uma mistura de dois componentes chamada de mistura doadora-aceitadora. Na luz solar, a energia recebida pode excitar os elétrons para saltar entre diferentes níveis de energia na mistura, sugerindo que o alinhamento do nível de energia entre o componente doador e o receptor deve ser fundamental para o desempenho do dispositivo. No entanto, diferentes grupos de pesquisa usaram métodos diferentes para medir os níveis de energia e produziram resultados contraditórios sobre o efeito do alinhamento dos níveis de energia.

"Queríamos entender a origem desse entendimento contraditório", diz Anirudh Sharma, pós-doutorando no laboratório de Derya Baran, que liderou o trabalho. "Isso nos motivou a estudar os níveis de energia de materiais orgânicos de células solares usando diferentes métodos para estabelecer relações materiais-propriedades significativas", diz ele.

A equipe determinou os níveis de energia de 33 materiais solares orgânicos usando quatro técnicas diferentes. "Nossas descobertas mostram que os níveis de energia de semicondutores orgânicos medidos usando espectroscopia de fotoelétrons e fotoelétrons inversos de baixa energia se correlacionam intimamente com as propriedades das células solares", diz Jules Bertrandie, Ph.D. aluno do grupo de Baran. Ele observa que a voltametria cíclica, em contraste, deu resultados enganosos no contexto dos níveis de energia das células solares.

Depois de estabelecer os melhores métodos para a medição, a equipe analisou o alinhamento do nível de energia em 12 misturas de células solares orgânicas doadoras-aceitadoras. Os resultados mostraram - ao contrário da crença atual - que misturas com pouca ou nenhuma diferença em uma métrica de nível de energia, conhecida como energia de ionização, tiveram um desempenho ruim. As células solares orgânicas de melhor desempenho tiveram uma diferença significativa na energia de ionização entre o componente doador e o aceitador na mistura.

“Não ficamos surpresos que nossa proposta para um novo tipo de medição de nível de energia fosse mais confiável, mas ficamos surpresos que nossa hipótese revelasse que o que comumente se acredita na literatura na verdade não é verdade”, diz Baran. “Este método tem um enorme potencial para revelar novos sistemas de pares doador-aceitador que podem funcionar bem em células solares orgânicas e também destacar quais pares não funcionarão”, acrescenta ela.

O significado do resultado vai além da pesquisa solar, observa Sharma. "As implicações deste estudo são relevantes para um campo maior de eletrônica orgânica em geral", diz ele. + Explorar mais

Mapeando como a energia flui em células solares orgânicas