O mercado de células solares orgânicas deve crescer mais de 20% entre 2017 e 2020, impulsionados por vantagens sobre as células solares de silício tradicionais:eles podem ser produzidos em massa em escala usando processamento roll-to-roll; os materiais que os constituem podem ser facilmente encontrados na terra e podem ser aplicados às células solares por meio da química verde; eles podem ser semitransparentes e, portanto, menos intrusivos visualmente - o que significa que podem ser montados em janelas ou telas e são ideais para dispositivos móveis; eles são ultraflexíveis e podem esticar; e podem ser ultraleves.

Ao contrário das células solares de silício, Contudo, as células orgânicas são altamente vulneráveis ​​à umidade, oxigênio e a própria luz solar. A remediação de última geração envolve o encapsulamento da célula, o que aumenta o custo de produção e o peso unitário, enquanto reduz a eficiência.

Pesquisadores da Escola de Engenharia Tandon da Universidade de Nova York descobriram um meio notável de tornar os painéis solares orgânicos mais robustos, incluindo conferir resistência ao oxigênio, água e luz fazendo o oposto:removendo, não adicionando, material.

O time, liderado por André Taylor, professor de engenharia química e biomolecular na NYU Tandon School of Engineering, e incluindo Jaemin Kong, um pesquisador pós-doutorado na NYU, e pesquisadores do laboratório de Materiais e Dispositivos Transformativos da Universidade de Yale, realizaram o equivalente molecular da remoção do cabelo com cera:eles empregaram uma fita adesiva para retirar as moléculas aceitadoras de elétrons - o éster metílico do ácido fenil-C61-butírico conjugado (PCBM) - da superfície superior da camada fotoativa do sistema solar célula, deixando apenas polímeros orgânicos não reativos expostos. Um dos principais culpados na degradação do dispositivo é a oxidação desses derivados do fulereno. A remoção de PCBM da superfície do filme exposta reduz a chance de encontros com fontes de oxidação, como moléculas de oxigênio e água, sendo o último especialmente prejudicial ao PCBM.

Em células solares orgânicas subaquáticas por meio da remoção seletiva de receptores de elétrons perto do eletrodo superior, uma história de capa na edição de abril da Cartas de energia ACS , a equipe testou uma célula orgânica cuja camada ativa é uma mistura de PCBM e o polímero conjugado mais resistente, poli (3-hexiltiofeno) (P3HT). Depois de aplicar a fita adesiva na superfície da camada fotoativa do filme, eles trataram a célula com calor e pressão, e, uma vez que o filme voltou à temperatura ambiente, removeu lentamente a fita da superfície do filme.

Depois, apenas seis por cento dos componentes aceitadores de PCBM permaneceram, de acordo com os investigadores, criando uma superfície rica em polímero. Eles explicaram que este contato minimizado dos aceitadores de elétrons do fulereno com as moléculas de oxigênio e água, enquanto a superfície rica em polímero aumentou dramaticamente a adesão entre a camada fotoativa e o eletrodo de metal superior, ? que acontece para prevenir outro problema que vem com a flexão:a delaminação do eletrodo.

"Nossos resultados finalmente? Demonstram que a remoção seletiva de aceitadores de elétrons perto do? Eletrodo superior leva a células solares orgânicas altamente duráveis ​​que podem até mesmo funcionar sob a água sem encapsulamento, "disse Taylor.

Adicionado Kong, "Demonstramos quanto tempo a célula dura sob exposição à água sem perda significativa de eficiência, "disse Kong." usando nossa técnica de remoção de fita, podemos controlar a distribuição composicional na direção vertical da camada fotoativa, o que consequentemente leva a uma melhor extração de carga das células solares. "

Taylor disse que os testes de estresse pós-procedimento incluíram submeter as unidades solares a 10, 000 ciclos de flexão para demonstrar que a técnica é robusta. Ele explicou que também confere resistência à água para células solares orgânicas, um benefício para produtos como relógios de mergulho movidos a energia solar.

"Mas se você olhar para o caso de uso óbvio de painéis solares, você tem que ter certeza de que a energia fotovoltaica orgânica pode competir com o silício nos telhados, na chuva e na neve. É aqui que as células solares orgânicas simplesmente não conseguem competir há muito tempo. Estamos mostrando um caminho para tornar isso possível, "disse Taylor.