p Por que as células solares eficientes e acessíveis são tão cobiçadas? Volume. A quantidade de energia solar que ilumina a massa terrestre da Terra a cada ano é de quase 3, 000 vezes a quantidade total de uso anual de energia humana. Mas para competir com a energia dos combustíveis fósseis, os dispositivos fotovoltaicos devem converter a luz do sol em eletricidade com certa medida de eficiência. Para células fotovoltaicas orgânicas baseadas em polímero, que são muito mais baratos de fabricar do que células solares à base de silício, os cientistas há muito acreditam que a chave para a alta eficiência está na pureza dos dois domínios do polímero / célula orgânica - aceitador e doador. Agora, Contudo, uma rota alternativa e possivelmente mais fácil para a frente foi mostrada. p Trabalhando no Berkeley Lab's Advanced Light Source (ALS), uma fonte importante de raios-X e feixes de luz ultravioleta para pesquisa, uma equipe internacional de cientistas descobriu que, para polímero / células fotovoltaicas orgânicas altamente eficientes, tamanho importa.

p "Mostramos que os domínios impuros, se tornados suficientemente pequenos, também podem levar a melhores desempenhos em células fotovoltaicas orgânicas baseadas em polímeros, "diz Harald Ade, um físico da North Carolina State University, quem liderou esta pesquisa. "Parece haver um meio termo, uma espécie de ponto ideal, entre pureza e tamanho de domínio que deve ser muito mais fácil de alcançar do que pureza ultra-alta. "

p Ade, um usuário de longa data do ALS, é o autor correspondente de um artigo que descreve este trabalho em Materiais de energia avançados intitulado "Medida absoluta de composição de domínio e distribuição de tamanho em nanoescala explica o desempenho em PTB7:PC71 BM Solar Cells." Os co-autores são Brian Collins, Zhe Li, John Tumbleston, Eliot Gann e Christopher McNeill.

p A eficiência de conversão de células solares em células fotovoltaicas de polímero / orgânicas depende de excitons - pares elétron / orifício energizados pela luz solar - chegando às interfaces dos domínios doador e aceitador rapidamente para minimizar a perda de energia na forma de calor. A sabedoria convencional afirma que quanto maior a pureza dos domínios, quanto menos impedâncias e mais rápida a jornada do exciton.

p Ade e seus co-autores se tornaram os primeiros a medir simultaneamente o tamanho do domínio, composição e cristalinidade de uma célula solar orgânica. Essa façanha foi possível graças às linhas de luz ALS 11.0.1.2, uma instalação de Dispersão Ressonante de Raios-X Soft (R-SoXS); 7.3.3, uma estação final de espalhamento de raios-X de pequeno e amplo ângulo (SAXS / WAXS /); e 5.3.2, uma estação final para Microscopia de Raios-X de Transmissão de Varredura (STXM).

p Diz Collins, o primeiro autor no Materiais de energia avançados papel, "A combinação dessas três linhas de luz ALS nos permitiu obter imagens abrangentes da morfologia do filme fotovoltaico orgânico à base de polímero da escala nano a meso. Até agora, esta informação era inatingível. "

p A equipe internacional usou a trifeta de vigas ALS para estudar a mistura de polímero / fullerence PTB7:PC71BM em filmes finos feitos de solução de clorobenzeno com e sem adição (três por cento em volume) do solvente diiodooctano. Os filmes eram compostos de dispersões semelhantes a gotículas em que o tamanho do domínio aceitador dominante sem o aditivo era de cerca de 177 nanômetros. A adição do solvente reduziu o tamanho do domínio aceitador para cerca de 34 nanômetros, preservando a composição e cristalinidade do filme. Isso resultou em um ganho de eficiência de 42 por cento.

p "Ao mostrar pela primeira vez quão puros e grandes os domínios aceitadores em dispositivos solares orgânicos realmente são, bem como a interface com o domínio doador, demonstramos que o impacto de solventes e aditivos no desempenho do dispositivo pode ser dramático e pode ser sistematicamente estudado, "Ade diz." No futuro, nossa técnica deve ajudar a desenvolver o design racional de filmes fotovoltaicos orgânicos à base de polímeros. "