Imagine a tecnologia como um carro de corrida acelerando em uma pista – ele só pode ir tão rápido quanto seu motor permitir. Mas justamente quando parecia que as células solares orgânicas encontraram um obstáculo, surge o 3PNIN, uma molécula revolucionária em forma de hélice, pronta para turbinar seu progresso e romper barreiras.



As células solares orgânicas (OSCs) representam o auge da energia renovável, mas certos componentes ficaram significativamente para trás na trajetória de desenvolvimento contínuo. Particularmente, os materiais interfaciais catódicos (CIMs) não conseguiram sustentar o impulso necessário para corresponder ao aprimoramento contínuo dos OSCs.

Os CIMs desempenham um papel crítico na facilitação da condução de corrente do metal para o semicondutor e vice-versa; portanto, se eles falharem no desempenho do transporte de elétrons, a eficiência de conversão de energia (PCE) dos OSCs será comprometida. Em resposta a este desafio, os pesquisadores investigaram como a estrutura molecular afeta o desempenho geral da célula e dos materiais de interface.

Dois compostos em forma de hélice exemplificam a influência significativa que a configuração molecular pode exercer no aumento da funcionalidade dos CIMs e, consequentemente, no desempenho fotovoltaico dos OSCs.

Pesquisadores publicaram seus resultados na Nano Research .

O estudo relatou dois isômeros, 3PNIN e 3ONIN, que são moléculas que compartilham a mesma fórmula, mas possuem arranjos distintos de grupos com terminação final. Esses arranjos de grupos variados permitem que diferentes interações intermoleculares ocorram dentro de um isômero que podem não ser alcançáveis ​​com o outro.

"No vasto domínio da energia renovável, os OSCs ganharam destaque, caracterizados por sua arquitetura etérea, semitransparência, produção econômica e montagem impressa escalável, anunciando uma nova era no fornecimento de tecnologias vestíveis flexíveis", observou o Prof. Huang, autor do estudo.

A importância desta tecnologia num mundo onde as fontes de energia sustentáveis ​​ganharam força (e necessidade) considerável não pode ser exagerada. Ao testar os isômeros em forma de hélice apresentados nesta pesquisa, os resultados revelaram que os dois compostos podem exercer efeitos muito diferentes com base na sua configuração, com uma variante superando a outra no aumento da funcionalidade dos CIMs.

3PNIN exibe uma estrutura molecular mais plana em comparação com sua contraparte, 3ONIN. Esta disparidade estrutural permite que os grupos terminais em 3PNIN fiquem mais planos em relação ao 3ONIN, demonstrando assim melhorias significativas na funcionalidade, como mobilidade e condutividade eletrônica. “Como resultado, os dispositivos OSC tratados com 3PNIN e 3ONIN produzem PCEs de 17,73% e 16,82%, respectivamente”, disse Huang.

O 3PNIN apresenta uma promessa significativa na fabricação de um dispositivo termicamente estável, ao mesmo tempo que melhora o PCE dos OSCs, além dos benefícios de maior mobilidade e condutividade em comparação com a tecnologia predominante amplamente utilizada para CIMs. O refinamento adicional dos dispositivos OSC tratados com o isômero 3PNIN tem o potencial de aumentar as taxas de acessibilidade e eficiência desta fonte de energia.

As melhorias nos OSCs podem exercer um impacto generalizado no panorama das energias renováveis ​​e podem estender-se a outros domínios da tecnologia dependentes da electrónica orgânica.

Mais informações: Hao Liu et al, Isômeros NI em forma de hélice de material interfacial de cátodo para células solares orgânicas eficientes, Nano Research (2024). DOI:10.1007/s12274-024-6482-z
Fornecido pela Imprensa da Universidade de Tsinghua