p Os avanços em filmes ultrafinos tornaram os painéis solares e dispositivos semicondutores mais eficientes e menos caros, e pesquisadores do Laboratório Nacional de Oak Ridge do Departamento de Energia dizem que encontraram uma maneira de fabricar os filmes com mais facilidade, também. p Normalmente os filmes - usados ​​por células solares de heterojunção orgânica em massa, ou BHJs, para converter energia solar em eletricidade - são criados em uma solução pela mistura de polímeros conjugados e fulerenos, moléculas de carbono semelhantes a bolas de futebol, também conhecidas como buckyballs.

p Próximo, a mistura é centrifugada em um substrato rotativo para garantir uniformidade, em seguida, enviado para pós-processamento para ser recozido. O recozimento do material - aquecimento e resfriamento - reduz a dureza do material enquanto aumenta sua tenacidade, o que torna mais fácil trabalhar com ele.

p A flexibilidade torna os BHJs mais atraentes do que seus equivalentes de silício cristalino mais caros, mas o processo de recozimento é demorado.

p Agora, os pesquisadores do ORNL dizem que um simples solvente pode tornar o recozimento térmico uma coisa do passado.

p Em uma colaboração entre a Spallation Neutron Source (SNS) do ORNL e o Center for Nanophase Materials Sciences (CNMS) - ambos DOE Office of Science User Facilities - a pesquisadora de pós-doutorado Nuradhika Herath liderou uma equipe de cientistas de nêutrons e materiais em um estudo da morfologia, ou estrutura, de filmes BHJ.

p "Otimizar a morfologia de um filme é a chave para melhorar o desempenho do dispositivo, "Herath disse." O que queremos descobrir é a relação entre as estruturas de mistura e o desempenho fotovoltaico. "Encontrar maneiras de ajustar a morfologia do filme é tão importante quanto responder por que certas morfologias de filme são mais favoráveis ​​do que outras, ela adicionou.

p Os pesquisadores compararam o recozimento térmico a um método que adiciona uma pequena quantidade de solvente que ajuda a dissolver os fulerenos na mistura e ajuda a tornar a estrutura do filme mais uniforme.

p A ideia é obter a mistura mais uniforme de moléculas que absorvem luz (por exemplo, polímeros ou outras moléculas) e fulerenos ao longo do filme. Se a mistura não for uniforme, aglomerados se formam e fazem com que os elétrons que passam sejam absorvidos, enfraquecendo a capacidade do filme de transportar corrente elétrica, o que, por sua vez, diminui o desempenho do dispositivo.

p Como os filmes têm normalmente cerca de 100 nanômetros de espessura (para comparação, um cabelo humano tem cerca de 75, 000 nanômetros de diâmetro) e o perfil de profundidade da composição é altamente complexo, instrumentos especiais são necessários para medir a morfologia do material. Por esta, os pesquisadores se voltaram para o espalhamento de nêutrons.

p Depois de misturar e centrifugar duas amostras diferentes no CNMS - uma recozida, o outro com aditivo solvente - a equipe colocou os dois filmes sob o olhar do Reflectômetro de Magnetismo (MR) do SNS, linha de feixe 4A. MR forneceu-lhes uma representação precisa dos perfis estruturais, que revelou exatamente como os polímeros e os fulerenos estavam se organizando em ambos os filmes. A diferença entre eles era evidente.

p Considerando que a morfologia da amostra recozida mostrou claramente uma separação significativa entre os polímeros e os fulerenos, a amostra contendo o aditivo solvente foi notavelmente consistente e teve melhor desempenho.

p "O motivo é que, quando usamos um solvente em vez de recozimento, a amostra seca muito lentamente, então há tempo suficiente para o sistema ficar totalmente otimizado, ", disse Valeria Lauter, cientista-chefe de instrumentos da MR." Vemos que o recozimento adicional não é necessário porque, num sentido, o sistema já é tão perfeito quanto possível. "

p A refletometria de nêutrons é um método poderoso porque efetivamente torna muitos materiais transparentes, Lauter explicou. Em vez de procurar a chave que abre a caixa preta metafórica que impede os pesquisadores de ver a estrutura atômica de um material, ela diz, nêutrons simplesmente passam direto por ele, dando aos pesquisadores informações qualitativas e quantitativas sobre seu problema.

p Não só as informações obtidas dos nêutrons ajudarão a aumentar a eficiência do desempenho das células solares, mas também irão agilizar o processo de fabricação. O uso de aditivos solventes para otimizar a morfologia dos filmes BHJ pode evitar a necessidade de investir mais em um processo menos eficaz - uma economia de tempo, dinheiro, e recursos.

p "Além disso, a otimização das propriedades fotovoltaicas fornece informações para a fabricação de células solares com morfologia totalmente controlada e desempenho do dispositivo, "Herath disse." Essas descobertas ajudarão no desenvolvimento de energia fotovoltaica 'ideal', o que nos deixa um passo mais perto de produzir dispositivos comercializados. "