Um trabalho teórico recente conduzido no Centro NIST para Ciência e Tecnologia em nanoescala explica o efeito surpreendentemente pequeno da segregação de fase em macroescala na eficiência geral de materiais fotovoltaicos orgânicos combinados (OPV), mostrando que os elétrons podem efetivamente penetrar em uma camada de pele para chegar ao dispositivo Cátodo de.

OPVs consistem em dois tipos de moléculas orgânicas, doadores de elétrons e aceitadores de elétrons, que são misturados uniformemente em todo o volume do material. Em uma OPV, luz fotoexcita um par elétron-buraco ligado, que se separam na interface entre o doador e o aceitador.

As cobranças gratuitas separadas migram para contatos diferentes, gerar uma corrente elétrica. A escolha do material do eletrodo é crucial para o funcionamento do OPV. O cátodo deve coletar preferencialmente elétrons e o ânodo deve coletar preferencialmente orifícios.

Estudos recentes de materiais OPV conduzidos no CNST e em outros lugares revelaram um orifício rico em doadores transportando a camada de pele perto do cátodo.

Esta segregação de fase, ou alta concentração de orifício, é devido à menor energia de superfície da interface doador-cátodo em relação à interface aceitador-cátodo.

O fato de que o coletor de elétrons tem principalmente buracos em sua vizinhança parece ser um impedimento para a coleta de carga e eficiência geral.

Contudo, a proporção de carga coletada para excitada ainda é alta. Ao estender os modelos desenvolvidos anteriormente para contabilizar a segregação de fase macroscópica, foi teoricamente determinado que as cargas podem facilmente “espremer” através de regiões de densidade reduzida.

Esse efeito explica a influência relativamente benigna da camada de pele no desempenho geral do dispositivo. O trabalho demonstra que a segregação de fase da camada de pele catódica não deve ser um impedimento para o desenvolvimento de OPVs de alta eficiência.