Infográfico que mostra o efeito do co-solvente na solução de dois componentes plásticos (polímero e moléculas de fulereno) durante o processo de produção da célula solar de plástico. Sem o co-solvente, formam-se gotículas de moléculas de fulereno, o que restringe a eficiência da célula solar. Com o co-solvente, as moléculas de polímero se dobram muito mais rapidamente, de modo que as gotas não podem ser formadas. Crédito:TU Eindhoven / Hans van Franeker
A eficiência das células solares de plástico pode ser duplicada ou triplicada se um solvente extra for adicionado durante o processo de produção, comparável com o papel do fermento em pó na mistura de massa. Exatamente como isso funciona não está claro nos últimos dez anos. Mas agora pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Eindhoven (TU / e) chegaram com a resposta em uma publicação em Nature Communications . Esta nova compreensão agora permitirá o desenvolvimento focado de células solares de plástico.
Células solares de plástico, também conhecidas como células solares orgânicas, use polímeros em vez do silício usual para converter a energia da luz solar em eletricidade. O uso do plástico como material básico reduz o custo e o peso dessas células solares, e os torna flexíveis. Mas sua eficiência de cerca de 10 por cento ainda permanece abaixo da das células solares de silício comerciais, que alcançam eficiências entre 15 e 20 por cento.
Descoberta casual
Cerca de dez anos atrás, Descobriu-se por acaso que a eficiência das células solares de plástico aumentava em um fator de duas a três vezes com a adição de um solvente extra ('co-solvente') durante o processo de produção. "Esses co-solventes agora são usados em todas as células solares de plástico", diz o professor TU / e René Janssen. "Mas ninguém sabia exatamente por que eles têm um efeito tão favorável sobre a eficiência."
Morfologia
Sabia-se que havia uma ligação com a 'morfologia' da célula solar, em outras palavras, a estrutura exata de dois componentes plásticos misturados na célula, entre os quais os elétrons se movem sob a influência da luz solar. Esses componentes - ambos materiais orgânicos - são dissolvidos durante o processo de produção, após o que eles evaporam e endurecem. O misterioso co-solvente é sempre adicionado ao solvente antes da evaporação.
Tamanho da gota
Imagem TEM da solução com gotículas. Crédito:TU Eindhoven
Os pesquisadores de Eindhoven liderados por René Janssen usaram uma combinação de tecnologias ópticas para encontrar uma explicação definitiva. Eles dizem que se não adicionassem um co-solvente, eles descobriram que grandes gotas foram formadas durante o endurecimento da mistura de plástico. Isso tem um efeito adverso no transporte de elétrons - e, como resultado, na eficiência da célula solar. "Quanto mais co-solvente você adiciona à solução, quanto menores as bolhas se tornam, até que desapareçam completamente quando um determinado conteúdo é alcançado ", disse Janssen.
'Dobrando' e evaporando
Imagem TEM da solução sem gotículas. Crédito:TU Eindhoven
Eles também encontraram a razão para isso. “Existem dois efeitos que surgem durante o processo de endurecimento”, disse Janssen. "Por um lado, a solução evapora, e assim como os polímeros assumem uma estrutura 'dobrada'. Vimos que o co-solvente faz com que esse processo de 'dobramento' comece em um estágio muito anterior, o que significa que as bolhas não são mais formadas. "Desta forma, o co-solvente atua como uma espécie de 'fermento em pó':melhora a estrutura da mistura, mas o agente em si não é suficiente.
Mais efetivo
Os pesquisadores esperam que suas descobertas tornem o desenvolvimento de células solares de plástico mais eficaz. "Até agora era principalmente uma questão de tentativa e erro", disse Janssen. "Mas agora podemos prever com muito mais precisão o que provavelmente funcionará, e o que não é. "
