Os pesquisadores descobriram que um revestimento de eletrodo com apenas uma molécula de espessura pode melhorar significativamente o desempenho de uma célula fotovoltaica orgânica. O revestimento supera o material líder atualmente usado para essa tarefa e pode abrir caminho para melhorias em outros dispositivos que dependem de moléculas orgânicas, como diodos emissores de luz e fotodetectores.
Ao contrário das células fotovoltaicas mais comuns que usam silício cristalino para coletar luz, as células fotovoltaicas orgânicas (OPVs) dependem de uma camada de absorção de luz de moléculas baseadas em carbono. Embora os OPVs ainda não possam competir com o desempenho das células de silício, eles poderiam ser mais fáceis e baratos de fabricar em uma escala muito grande usando técnicas de impressão.
Quando a luz entra em uma célula fotovoltaica, sua energia libera um elétron negativo e deixa para trás uma lacuna positiva, conhecida como buraco. Diferentes materiais então reúnem os elétrons e buracos e os conduzem a diferentes eletrodos para gerar uma corrente elétrica. Em OPVs, um material denominado PEDOT: PSS é amplamente utilizado para facilitar a transferência de orifícios gerados em um eletrodo; no entanto, PEDOT: PSS é caro, ácido e pode degradar o desempenho da célula ao longo do tempo.
A equipe desenvolveu agora uma alternativa melhor para PEDOT: PSS. Eles usam um revestimento muito mais fino de uma molécula transportadora de orifícios chamada Br-2PACz, que se liga a um eletrodo de óxido de índio e estanho (ITO) para formar uma camada de uma única molécula. A célula orgânica usando Br-2PACz alcançou uma eficiência de conversão de energia de 18.4 por cento, enquanto uma célula equivalente usando PEDOT: PSS atingiu apenas 17.5 por cento.
“Estou realmente surpreso com a melhoria do desempenho”, afirmam membros da equipe de pesquisa. “Acreditamos no Br-2PACz tem potencial para substituir PEDOT: PSS devido ao seu baixo custo e alto desempenho. ”
Br-2O PACz aumentou a eficiência da célula de várias maneiras. Comparado com seu rival, ele causou menos resistência elétrica, melhorou o transporte do furo e permitiu que mais luz brilhasse através da camada absorvente. Br-2O PACz também melhorou a estrutura da própria camada absorvente de luz, efeito que pode estar relacionado ao processo de revestimento.
O revestimento pode até melhorar a reciclabilidade do célula solar. Os pesquisadores descobriram que o eletrodo ITO poderia ser removido da célula, retirado de seu revestimento e reutilizado como se fosse novo. Em contraste, PEDOT: PSS torna a superfície do ITO áspera de modo que ele tem um desempenho ruim se reutilizado em outra célula. “Prevemos que isso terá um impacto dramático na economia das OPVs e no meio ambiente”.