De acordo com pt.wedoany.com-Pesquisadores da Universidade da Cidade de Hong Kong (CityUHK) alcançaram uma eficiência de conversão de potência de 20,5% em células solares orgânicas, cujo segredo reside numa nova estratégia de recuperação de excitões tripleto — transformando estes estados excitados, normalmente não luminescentes e considerados canais de perda de energia, novamente em portadores de carga livre extraíveis, reduzindo assim as perdas energéticas nos dispositivos fotovoltaicos orgânicos tradicionais.
Os excitões tripleto em células solares orgânicas, devido à sua longa vida útil e transições proibidas por spin, sempre limitaram a geração eficiente de carga. O mecanismo desenvolvido pela equipa da CityUHK converte estes estados excitados anteriormente aprisionados em eletrões e lacunas livres que podem ser recolhidos nos elétrodos, aumentando a corrente fotoelétrica sem sacrificar a tensão do dispositivo. Atualmente, a eficiência certificada de células solares orgânicas já ultrapassou os 20%, e dispositivos em escala laboratorial, através de aceitadores não-fulereno, controlo morfológico e redução de perdas energéticas, já superaram os 21%.
Os pesquisadores utilizaram uma célula solar orgânica integrada com um aceitador não-fulereno (NFA) de pequena molécula denominado FTh-4F, pertencente à família de aceitadores eletrónicos de anéis fundidos, que possui forte absorção no infravermelho próximo, transporte eletrónico eficiente e baixa perda de energia. "Ao introduzir este aceitador como componente ternário noutros sistemas fotovoltaicos orgânicos principais, recuperámos as perdas mediadas por tripletos e aumentámos a eficiência fotovoltaica orgânica ao maximizar o número de portadores de carga extraíveis," explicou a equipa de investigação.
As experiências revelaram que a persistência dos portadores de carga livre é muito maior do que a dos excitões tripleto de spin, indicando que os excitões tripleto podem ser convertidos novamente em portadores de carga livre, em vez de se dissiparem como calor. Ao aumentar o número de excitões tripleto através de sensibilização, os pesquisadores confirmaram esta via de recuperação utilizando estados de transferência de carga tripleto na interface. Além disso, a otimização da estrutura das cadeias laterais do aceitador e a deslocalização dos excitões reduziram o hiato energético singleto-tripleto (ΔEST), tornando a dissociação dos excitões tripleto mais eficiente. Experiências laboratoriais subsequentes elevaram a eficiência de conversão de potência para mais de 21%, embora não tenham sido divulgados mais detalhes.
Os resultados foram publicados na revista Nature num artigo intitulado "Reciclagem de excitões tripleto de spin em fotovoltaicos orgânicos" (Recycling of spin-triplet excitons in organic photovoltaics). Os pesquisadores afirmaram: "Este estudo aperfeiçoa o quadro científico da evolução de excitões/portadores de carga em dispositivos optoelectrónicos orgânicos e abre amplas perspetivas de aplicação para sistemas que envolvem processos de separação e recombinação de carga, prevendo-se que aumente significativamente a eficiência de utilização de energia, impulsionando a transição para um futuro mais limpo, mais eficiente e mais sustentável."
