As células solares têm grande potencial como fonte de energia elétrica limpa, mas até agora não foram baratos, luz, e flexível o suficiente para uso generalizado. Agora, uma equipe de pesquisadores liderada pelo professor associado da Tandon, André D. Taylor, do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular, encontrou uma maneira inovadora e promissora de melhorar as células solares e tornar seu uso mais provável em muitas aplicações.

A maioria das células solares orgânicas usa fulerenos, moléculas esféricas de carbono. O problema, explica Taylor, é que os fulerenos são caros e não absorvem luz suficiente. Nos últimos 10 anos, ele fez progressos significativos na melhoria das células solares orgânicas, e ele recentemente se concentrou no uso de não-fulerenos, que até agora têm sido ineficientes. Contudo, ele diz, "os não-fulerenos estão melhorando o suficiente para dar aos fulerenos uma corrida por seu dinheiro."

Pense em uma célula solar como um sanduíche, Taylor diz. A "carne" ou camada ativa - feita de doadores e aceitadores de elétrons - está no meio, absorvendo a luz solar e transformando-a em eletricidade (elétrons e buracos), enquanto o "pão, "ou camadas externas, consistem em eletrodos que transportam essa eletricidade. O objetivo de sua equipe era fazer com que a célula absorvesse luz em um espectro tão amplo quanto possível, usando uma variedade de materiais, mas, ao mesmo tempo, permite que esses materiais funcionem bem juntos. "Meu grupo trabalha em partes essenciais do 'sanduíche, 'como as camadas de transporte de elétron e buraco do' pão, 'enquanto outros grupos podem trabalhar apenas nos materiais' carne 'ou intercalar. A questão é:como você faz com que eles joguem juntos? A mistura certa desses materiais díspares é extremamente difícil de conseguir. "

Usar uma molécula de esquaraína de uma nova maneira - como um agente de cristalização - funcionou. "Adicionamos uma pequena molécula que funciona como um doador de elétrons por si só e aumenta a absorção da camada ativa, "Taylor explica." Ao adicionar esta pequena molécula, facilita a orientação do polímero doador-aceitador (denominado PBDB-T) com o aceitador não-fulereno, ITIC, em um arranjo favorável. "

Essa arquitetura solar também usa outro mecanismo de design criado pelo grupo de Taylor, conhecido como célula solar baseada em FRET. FRET, ou transferência de energia de ressonância Förster, é um mecanismo de transferência de energia observado pela primeira vez na fotossíntese, pelo qual as plantas usam a luz solar. Usando uma nova mistura de polímero e não-fulereno com esquaraína, a equipe converteu mais de 10 por cento da energia solar em energia. Há apenas alguns anos, isso era considerado um objetivo muito alto para células solares de polímero de junção única. "Existem agora sistemas de polímero não-fulereno mais novos que podem funcionar acima de 13 por cento, portanto, vemos nossa contribuição como uma estratégia viável para melhorar esses sistemas, "Taylor diz.

As células solares orgânicas desenvolvidas por sua equipe são flexíveis e poderão um dia ser utilizadas em aplicações de suporte a veículos elétricos, eletrônicos vestíveis, ou mochilas para carregar telefones celulares. Eventualmente, eles poderiam contribuir significativamente para o fornecimento de energia elétrica. "Esperamos que este método de agente cristalizador atraia a atenção de químicos e cientistas de materiais afiliados à eletrônica orgânica, "diz Yifan Zheng, Ex-aluno de pesquisa de Taylor e principal autor do artigo sobre o trabalho na revista Materiais Hoje .

Próximo para a equipe de pesquisa? Eles estão trabalhando em um tipo de célula solar chamada perovskita, além de continuar a melhorar as células solares orgânicas não-fulerenos.