O revestimento molecular melhora as células solares orgânicas

Células solares

 

Um revestimento de eletrodo com apenas uma molécula de espessura pode melhorar significativamente o desempenho de uma célula fotovoltaica orgânica, os pesquisadores da KAUST descobriram. O revestimento supera o material líder atualmente utilizado para esta tarefa e pode abrir caminho para melhorias em outros dispositivos que dependem de moléculas orgânicas, tais como diodos emissores de luz e fotodetectores.


Ao contrário das células fotovoltaicas mais comuns que utilizam silício cristalino para colher luz, as células fotovoltaicas orgânicas (OPVs) dependem de uma camada absorvente de luz de moléculas à base de carbono. Embora os OPVs ainda não possam rivalizar com o desempenho das células de silício, eles poderiam ser mais fáceis e mais baratos de fabricar em grande escala utilizando técnicas de impressão.


Quando a luz entra numa célula fotovoltaica, sua energia liberta um elétron negativo e deixa para trás uma lacuna positiva, conhecida como um buraco. Diferentes materiais então reúnem os elétrons e furos e os guiam para diferentes eletrodos para gerar uma corrente elétrica. Em OPVs, um material chamado PEDOT:PSS é amplamente utilizado para facilitar a transferência dos furos gerados para um eletrodo; entretanto, o PEDOT:PSS é caro, ácido e pode degradar o desempenho da célula ao longo do tempo.


A equipe KAUST desenvolveu agora uma alternativa melhor ao PEDOT:PSS. Eles usam um revestimento muito mais fino de uma molécula que transporta furos chamada Br-2PACz, que se liga a um eletrodo de óxido de estanho indium (ITO) para formar uma camada monomolécula. A célula orgânica usando Br-2PACz alcançou uma eficiência de conversão de energia de 18,4%, enquanto uma célula equivalente usando PEDOT:PSS alcançou apenas 17,5%.


"Ficamos muito surpresos com o aumento do desempenho", diz Yuanbao Lin, estudante de Ph.D. e membro da equipe. "Acreditamos que o Br-2PACz tem o potencial de substituir o PEDOT:PSS devido a seu baixo custo e alto desempenho".


O Br-2PACz aumentou a eficiência da célula de diversas maneiras. Em comparação com seu rival, ele causou menos resistência elétrica, melhorou o transporte dos furos e permitiu que mais luz brilhasse até a camada absorvente. O Br-2PACz também melhorou a estrutura da própria camada absorvente de luz, um efeito que pode estar relacionado com o processo de revestimento.


O revestimento poderia até melhorar a reciclabilidade da célula solar. Os pesquisadores descobriram que o eletrodo ITO poderia ser removido da célula, removido de seu revestimento e depois reutilizado como se fosse novo. Em contraste, o PEDOT:PSS torna a superfície do ITO áspera para que tenha um desempenho ruim se for reutilizado em outra célula. "Prevemos que isto terá um impacto dramático tanto na economia dos OPVs quanto no meio ambiente", diz Thomas Anthopoulos, que liderou a pesquisa.


Fonte: https://techxplore.com/news/2021-06-molecular-coating-solar-cells.html

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