De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipe internacional de pesquisa, composta pela Universidade de Linköping (Suécia), pela Universidade de Potsdam (Alemanha) e pelo Instituto Paul Drude (Berlim), revelou o mecanismo oculto que limita o desempenho das células solares orgânicas, o que pode ajudar essa tecnologia a superar a barreira de eficiência de 20%.
As células solares fotovoltaicas orgânicas são fabricadas com materiais abundantes na Terra e consomem menos energia, tendo o potencial de gerar eletricidade a um custo inferior ao das duas primeiras gerações de tecnologia solar. O desempenho de uma célula solar é determinado por três fatores: corrente de curto-circuito, tensão de circuito aberto e fator de preenchimento. No entanto, melhorar um desses indicadores geralmente compromete outro.
Os pesquisadores enfrentam há muito tempo um dilema no campo das células solares orgânicas: os esforços para aumentar a tensão de circuito aberto frequentemente resultam na redução do fator de preenchimento, e vice-versa. À medida que a eficiência das células solares orgânicas ultrapassa os 20%, essa contradição se torna cada vez mais difícil de superar. O Dr. Dieter Neher, da Universidade de Potsdam, o Dr. Feng Gao, da Universidade de Linköping, e a Dra. Safa Shoaee, do Instituto Paul Drude de Eletrônica de Estado Sólido, colaboraram para investigar as causas fundamentais desse problema.
A equipe de pesquisa, em colaboração com outros especialistas da área, analisou por que o aumento da eficiência das células solares orgânicas desacelera em níveis mais elevados. Os resultados mostram que, sob condições específicas, a geração de cargas livres na camada ativa da célula depende fortemente do campo elétrico no material semicondutor orgânico. O professor de física da Universidade de Potsdam, Neher, destacou que isso leva a uma limitação do fator de preenchimento que não era totalmente compreendida anteriormente, sendo particularmente crítica quando é necessário minimizar a perda de tensão.
Quando a luz solar incide sobre uma célula solar orgânica, são gerados pares ligados (éxcitons) compostos por elétrons com carga negativa e lacunas com carga positiva. Esses éxcitons devem primeiro se dividir em cargas livres que podem gerar eletricidade. Ao simular toda a célula solar, a equipe descobriu que o tempo de sobrevivência dos éxcitons e a energia liberada durante o processo de transferência de carga são fatores determinantes para o fator de preenchimento em condições de baixa perda de tensão. A equipe demonstrou que prolongar a vida útil dos éxcitons pode aliviar significativamente esse problema e desenvolveu novas combinações de materiais orgânicos para fabricar células solares, que alcançaram simultaneamente um alto fator de preenchimento e uma forte potência de saída geral.
Os pesquisadores acreditam que essas descobertas fornecem princípios gerais de design para o desenvolvimento futuro de materiais e arquiteturas de dispositivos fotovoltaicos orgânicos. O estudo foi publicado na revista Nature Photonics.
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