A equipe de pesquisa da Universidade de Tecnologia de Wuhan desenvolveu com sucesso uma célula solar de polímero com eficiência de conversão de energia de 19,1%, demonstrando excelente estabilidade em operação de longo prazo. Este resultado oferece novas possibilidades para a aplicação comercial da tecnologia fotovoltaica orgânica flexível.

O autor correspondente Li Wei disse à PV Magazine: "Comparadas com as células que usam doadores e aceptores de pequenas moléculas, as células solares de polímero possuem melhor desempenho mecânico e estabilidade térmica. No entanto, as longas cadeias poliméricas tendem a formar agregados desordenados, levando à redução da eficiência e degradação acelerada. Ao introduzir aceptores de pequenas moléculas alinhados linearmente, ajudamos a desenredar as cadeias poliméricas, transformando o arranjo molecular de desordenado para empilhamento ordenado."

O coautor Wang Tao acrescentou: "Esta estratégia criou caminhos eficientes para o transporte de carga, reduzindo o volume livre entre as camadas fotoativas. O dispositivo fabricado manteve 97% da sua eficiência inicial após 2000 horas de operação ao ar livre, com uma vida útil projetada superior a 100.000 horas. Este estudo revela como a estrutura molecular e morfológica dos semicondutores orgânicos afeta a vida útil do dispositivo, fornecendo um caminho prático para a comercialização da fotovoltaica orgânica flexível."

A equipe publicou um artigo na revista Matter, explicando que a escolha de um aceptor polimérico (PMA) se deve ao seu bom equilíbrio entre estabilidade estrutural e desempenho fotovoltaico. Os macromoléculas aceptores poliméricos são constituídas por longas cadeias conjugadas, que podem reduzir o volume livre na camada ativa, limitar o movimento molecular em larga escala e, assim, melhorar a estabilidade térmica e morfológica, prolongando a vida útil.

Comparado com sistemas de pequenas moléculas, os filmes formados por aceptores poliméricos são mais robustos e flexíveis; o emaranhamento das cadeias aumenta a durabilidade mecânica e a capacidade de formação de filmes, sendo adequados para células solares flexíveis e de grande área. Já as pequenas moléculas são propensas à cristalização excessiva ou separação de fases, levando à instabilidade morfológica e degradação do desempenho do dispositivo.

Os pesquisadores melhoraram o arranjo molecular e a ordem estrutural ao introduzir uma pequena quantidade de aceptores de pequenas moléculas na matriz de PMA, reduzindo as perdas por recombinação de portadores de carga, mantendo simultaneamente a estabilidade térmica do sistema polimérico. A célula solar, baseada em um substrato de óxido de índio e estanho, possui uma estrutura multicamada e atinge alta eficiência de conversão de energia sob iluminação padrão, com tensão de circuito aberto de 0,941 V, densidade de corrente de curto-circuito de 26,3 mA/cm² e fator de preenchimento de 77,3%. Medições de espectroscopia de absorção mostraram que a célula tem uma vida útil superior a 2000 horas no ar.

O estudo conclui que, através do design específico da camada fotoativa e das camadas de transporte de carga, foi alcançada uma célula solar de polímero ultrassolúvel. Este avanço tem o potencial de impulsionar o desenvolvimento da tecnologia fotovoltaica orgânica.