Uma camada de coleta de luz de três componentes aumenta o desempenho em uma célula solar orgânica.

Adicionar um ingrediente extra à camada de captura de luz de uma tecnologia emergente de células solares pode melhorar significativamente todos os aspectos de seu desempenho de captação de energia, Pesquisadores da KAUST mostraram.

A equipe está desenvolvendo uma alternativa à tecnologia solar de silício, chamada de células solares orgânicas, que podem ser formulados em tintas para produção de baixo custo. Embora as células solares orgânicas ainda não correspondam à eficiência de captura de luz das células de silício, o design de três componentes os aproxima significativamente.

Houve ganhos significativos no desempenho das células solares orgânicas devido ao repensar de sua formulação. Tipicamente, as células consistem em duas moléculas de captura de luz:uma, um doador de elétrons e a outra, um aceitador de elétrons, que ajudam a separar as cargas elétricas geradas quando a luz atinge o material. As primeiras células solares orgânicas usavam moléculas chamadas fulerenos como o aceitador de elétrons, mas esses materiais atingiram um patamar de desempenho.

"O surgimento de aceitadores não-fulllerene abriu um novo horizonte, aumentando a eficiência de conversão de energia certificada de 10,9 por cento para 15,6 por cento em apenas quatro anos, "diz Xin Song, um estudante de graduação no grupo de pesquisa de Derya Baran no KAUST Solar Center.

Uma inovação mais recente é adicionar uma pequena quantidade de um terceiro componente - um aceitador de elétrons adicional ou um doador de elétrons adicional - na mistura orgânica de coleta de luz. O terceiro componente pode melhorar a processabilidade e produzir uma qualidade superior, camada de colheita de luz de alto desempenho. Alternativamente, pode absorver energia luminosa em comprimentos de onda complementares aos outros dois componentes da mistura.

Agora, Baran, Song e seus colaboradores identificaram um terceiro componente que melhora simultaneamente os dois aspectos do desempenho do dispositivo. A equipe incorporou um segundo doador de elétrons chamado BIT-4F-T em um material solar orgânico. Esta molécula foi selecionada por vários motivos, Song explica:seu profundo potencial de ionização, que beneficia as propriedades eletrônicas da célula; sua absorção de luz complementar para colher mais luz; e sua alta cristalinidade, o que melhora a processabilidade.

Juntos, essas melhorias aumentaram o desempenho da célula solar em 15 por cento em comparação com a mistura de dois componentes, permitindo que alcance uma eficiência geral de conversão de energia de energia solar de 14 por cento. As células contendo BIT-4F-T também retiveram significativamente mais desempenho ao longo do tempo.

A próxima equipe planeja investigar se o material de três componentes pode ser produzido usando um amigável de fabricação, tecnologia de revestimento em grande escala, mantendo a estabilidade superior do dispositivo, Song diz. Os pesquisadores também vão testar o material em uma célula solar tandem, revestir a mistura orgânica ternária em outro material solar. "Da nossa simulação, a configuração em tandem aumentará a eficiência para mais de 17 por cento, "diz Song.