Pesquisadores da Universidade de Pós-Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST) descobriram como diferentes misturas de solventes afetam a estrutura e o desempenho das células solares orgânicas. Suas descobertas, publicadas na revista Joule, fornecem informações valiosas sobre o controle da morfologia das células solares orgânicas e a melhoria do desempenho do dispositivo.

Células solares orgânicas são dispositivos fotovoltaicos de película fina (PV) que usam materiais orgânicos como camada ativa para absorver a luz solar e gerar eletricidade. O processamento com solvente é uma etapa crucial na fabricação de células solares orgânicas, pois a escolha do solvente pode influenciar significativamente a morfologia e as propriedades da camada ativa.

Neste estudo, os pesquisadores do OIST investigaram o efeito de diferentes misturas de solventes na estrutura e no desempenho de células solares orgânicas baseadas em uma mistura de poli(3-hexiltiofeno) (P3HT) e ácido [6,6]-fenil-C61-butírico. éster metílico (PCBM). Eles usaram uma combinação de técnicas experimentais, incluindo espalhamento de raios X de pequeno ângulo com incidência rasante (GISAXS), microscopia de força atômica (AFM) e espectroscopia de fotoluminescência (PL), para caracterizar a morfologia e as propriedades da camada ativa.

Os pesquisadores descobriram que a escolha da mistura de solventes teve um impacto significativo na separação de fases e na cristalinidade da mistura P3HT:PCBM. Eles observaram que o uso de uma mistura de clorobenzeno e 1,8-diiodooctano (DIO) levou a uma separação de fases mais pronunciada e maior cristalinidade em comparação ao uso isolado de clorobenzeno. Essa morfologia aprimorada resultou em melhor transporte de portadores de carga e melhor desempenho do dispositivo, levando a uma eficiência de conversão de energia (PCE) de mais de 5%, que está entre as mais altas relatadas para células solares P3HT:PCBM processadas em solução.

O estudo destaca a importância da seleção de solventes na fabricação de células solares orgânicas e fornece insights sobre a relação entre a morfologia induzida por solvente e o desempenho do dispositivo. Ao controlar a mistura de solventes, é possível otimizar a separação de fases e a cristalinidade da camada ativa, levando a um melhor transporte de carga e a maiores eficiências de conversão de energia em células solares orgânicas.

“Nossas descobertas lançam luz sobre a intrincada interação entre misturas de solventes, morfologia da camada ativa e desempenho de dispositivos em células solares orgânicas”, disse o Dr. Masaki Taniguchi, principal autor do estudo. "Esse conhecimento pode ser aproveitado para projetar e fabricar células solares orgânicas de alto desempenho com morfologias personalizadas, permitindo sua adoção mais ampla em tecnologias fotovoltaicas de próxima geração."