p (Phys.org) —Pesquisas da North Carolina State University revelam que a eficiência da célula solar se baseia em um equilíbrio delicado entre o tamanho e a pureza das camadas internas, ou domínios. Essas descobertas podem levar a melhores designs e melhor desempenho em células solares orgânicas. p As células solares baseadas em polímero devem ter dois domínios, consistindo em um aceptor de elétrons e um material doador de elétrons. A eficiência da célula solar é baseada em vários fatores:a facilidade com que os excitons (as partículas de energia criadas pelas células solares quando a luz é absorvida) podem viajar para a interface dos domínios doador e aceitador, retendo o máximo possível da energia da luz; e, uma vez que as cargas são separadas dos excitons, com que eficiência cargas separadas viajam para os eletrodos do dispositivo para coleta.

p Na realidade, Contudo, esses domínios não são separados e puros, e pode acabar sendo muito mais do que dois. Os métodos de processamento atuais criam um complexo, estrutura multi-domínio, que impacta todos os fatores envolvidos na eficiência da célula solar.

p O físico do estado de NC Harald Ade e colaboradores queriam descobrir exatamente como a estrutura complexa da célula solar afeta seu desempenho. Usando técnicas avançadas de raio-X suave, Ade e colegas da Academia Chinesa de Ciências descobriram que os domínios se misturavam de maneiras incomuns e às vezes contraditórias.

p "Imagine os dois materiais de domínio da célula solar como uma massa de bolo com uma camada de baunilha e uma camada de chocolate, "Ade diz." Inicialmente, a área interfacial - onde as camadas se tocam - é tão grande quanto a fôrma. Conforme você mistura as camadas, puxando um garfo através da massa para fazer redemoinhos, mais da baunilha toca o chocolate e você cria ainda mais área interfacial. Em uma célula solar, mais área interfacial serve para aumentar o desempenho, aumentando a separação de carga.

p "Contudo, se você continuar a misturar as camadas, você obtém uma massa uniforme com menos pureza, o que diminui o desempenho da célula solar à medida que as cargas se recombinam e são perdidas devido ao excesso de mistura.

p "O que descobrimos é que em dispositivos reais a estrutura é semelhante a fazer redemoinhos com garfos de tamanhos diferentes usando uma combinação de movimentos grandes ou pequenos. Isso cria duas escalas de comprimento que podem ter diferentes graus de uniformidade de massa, levando a compensações complexas entre tamanho, pureza e desempenho. Nossa tarefa agora é entender essas compensações e descobrir como projetar células solares que aproveitem as vantagens delas. "