A Universidade de Cambridge avança na pesquisa de materiais fotovoltaicos semicondutores de radicais orgânicos

Uma equipe de pesquisa da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, fez recentemente progressos na pesquisa de materiais fotovoltaicos semicondutores orgânicos radicais. Os pesquisadores descobriram que uma molécula semicondutora orgânica luminescente chamada poli(3-trifenilmetiltiofeno) possui propriedades fotovoltaicas únicas, fornecendo novas perspectivas para o desenvolvimento da tecnologia de células solares.

Ao contrário dos semicondutores orgânicos tradicionais com elétrons emparelhados, os semicondutores orgânicos radicais contêm pelo menos um elétron desemparelhado por molécula, exibindo uma característica de "camada eletrônica aberta". O primeiro autor, Biwen Li, explicou: "Na maioria dos materiais orgânicos, os elétrons aparecem em pares e não interagem com elétrons adjacentes. No entanto, em nosso sistema, quando as moléculas estão compactadas, a interação entre elétrons desemparelhados em sítios adjacentes faz com que eles se alinhem alternadamente — uma característica do comportamento de Mott-Hubbard."

A equipe de pesquisa fabricou uma célula solar experimental usando um filme fino de P3TTM. Este dispositivo é composto por uma camada de PEDOT:PSS, uma camada de fulereno, uma camada espaçadora de PCBM e um eletrodo de alumínio sobre um substrato de óxido de índio e estanho (ITO). Os dados dos testes mostram que, sob condições de iluminação padrão, este material fotovoltaico atinge uma eficiência de coleta de carga quase perfeita. Os pesquisadores destacam: "Isso significa que quase todos os fótons são convertidos em carga utilizável. Em células solares semicondutoras moleculares tradicionais, a conversão de fótons em carga normalmente ocorre apenas na interface entre dois materiais, o que limita a eficiência geral."

Este novo material fotovoltaico semicondutor de radicais orgânicos funciona com base no processo de transferência de elétrons fotoexcitados entre moléculas idênticas. A equipe de pesquisa acrescenta: "Em contraste, nesses novos materiais, após a absorção de um fóton, a energia impulsiona a transferência de um elétron de uma molécula para uma molécula idêntica adjacente, gerando assim carga." Esta pesquisa inovadora em materiais fotovoltaicos abre a possibilidade de fabricação de células solares usando um único material leve e de baixo custo, e as descobertas relacionadas foram publicadas na revista *Nature Materials*.