Um material barato, feito de flocos de dissulfeto de tungstênio com apenas alguns átomos de espessura, ajudou a melhorar o desempenho das células solares orgânicas1. A descoberta dos pesquisadores da KAUST pode ser um passo importante para levar essas células fotovoltaicas a um uso mais amplo para a geração de eletricidade limpa.

A maioria das células solares usa silício para absorver a luz e converter sua energia em eletricidade. Mas as moléculas semicondutoras baseadas em carbono, usado em fotovoltaicos orgânicos (OPVs), oferecem algumas vantagens distintas sobre o silício. OPVs tendem a ser flexíveis, por exemplo, o que significa que eles podem ser fabricados em grande escala usando impressão rolo a rolo de baixo custo. Mas os melhores OPVs convertem cerca de 16-17 por cento da luz que capturam em energia elétrica, bem abaixo das células de silício comerciais que excedem 20 por cento.

Thomas D. Anthopoulos, e colegas do KAUST Solar Center, estimaram que as OPVs poderiam rivalizar com esse desempenho se certas partes da célula fossem melhoradas2. Quando a luz atinge o semicondutor, ele libera elétrons do material e deixa buracos carregados positivamente. Elétrons e buracos são reunidos por diferentes camadas nas faces opostas do semicondutor e enviados aos eletrodos da célula para gerar uma corrente. O transportador de furo principal é um polímero chamado PEDOT:PSS, mas é ácido e absorve umidade do ar, que degrada outros materiais na célula solar.

A equipe interdisciplinar da Anthopoulos desenvolveu agora uma camada de transporte de orifícios feita de flocos de um material 2-D, dissulfeto de tungstênio. Os pesquisadores usaram ultrassom para arrancar os flocos de dissulfeto de tungstênio em pó suspenso em uma mistura de água e etanol. Este método de sonicação é barato e fácil de aumentar, e os flocos podem ser espalhados em um eletrodo usando um processo de revestimento por rotação simples e amplamente usado.

A equipe fabricou vários OPVs desta forma, e o melhor tinha uma eficiência de conversão de energia de 17 por cento, que é o mais alto para qualquer OPV usando um material 2-D como transportador de orifícios e entre os mais altos para qualquer OPV. "Ficamos muito surpresos ao chegar a 17 por cento, "diz Yuanbao Lin, um Ph.D. aluno da equipe. "Sentimos que este é apenas o começo e há espaço significativo para melhorias de desempenho."

A equipe descobriu que a camada de dissulfeto de tungstênio tem uma resistência mais baixa do que PEDOT:PSS e também é melhor na coleta de buracos do que seu rival, levando a um melhor desempenho. "Nosso objetivo imediato é aumentar a eficiência de nossas células solares orgânicas bem além de 17 por cento e em direção aos nossos limites teoricamente previstos, "diz Anthopoulos." Também pretendemos estudar a estabilidade dessas células solares orgânicas de alta eficiência. "