Pesquisadores de Hong Kong alcançaram eficiência recorde de 1931 em células solares orgânicas

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Pesquisadores de Hong Kong alcançaram eficiência recorde
de 19,31% em células solares orgânicas
Pesquisadores da Universidade Politécnica de Hong Kong (PolyU) alcançaram um marco significativo na
eficiência das células solares, atingindo uma eficiência revolucionária de conversão de energia (PCE) de
19,31% com células solares orgânicas (OSCs), também conhecidas como células solares de polímero.
Este notável avanço na eficiência OSC binária tem grande potencial para melhorar a aplicação desses
dispositivos avançados de energia solar.
A eficiência de conversão de energia (PCE) serve como uma referência crucial, medindo a energia
gerada a partir de uma determinada irradiação solar e representando um indicador de desempenho
chave para painéis fotovoltaicos (PVs) ou solares na geração de energia. A realização dos
pesquisadores da PolyU de mais de 19% de eficiência estabelece um novo recorde para OSCs binários,
que consistem em um doador e um aceitador na camada fotoativa.
Sob a orientação do Prof. LI Gang, Professor Presidente de Tecnologia de Conversão de Energia e Sir
Sze-Yen Chung Endowed Professor em Energia Renovável da PolyU, a equipe de pesquisa criou uma
técnica inovadora para regular a morfologia dos OSCs. Eles empregaram 1,3,5-triclorobenzeno como um
regulador de cristalização, levando a maior eficiência e estabilidade em OSCs.
A equipe empregou uma estratégia de manipulação de estado intermediário não-monotônico (ISM) para
manipular a morfologia da heterojunção a granel (BHJ) OSCs. Esta estratégia permite a otimização
simultânea da dinâmica de cristalização e a redução da perda de energia para OSCs não-fullerenes. Ao
contrário dos métodos tradicionais aditivos solventes, que dependem da agregação molecular excessiva
em filmes, a estratégia ISM promove um empilhamento molecular mais ordenado e agregação favorável.
Consequentemente, o PCE foi significativamente aumentado, enquanto a perda indesejável de
recombinação não radiativa, responsável pela menor eficiência de geração de luz e aumento da perda
de calor, foi reduzida.
As descobertas da equipe de pesquisa são publicadas no estudo “19,3% de Célula Solar Orgânica
Binária e Baixa Recombinação Não Radiativa Habilitada por Transição Intermediária Não Monotônica do
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Estado” na Nature Communications. A conversão da energia solar em eletricidade desempenha um
papel vital na consecução de um ambiente sustentável. Embora os OSCs mostrem-se promissores como
dispositivos de aproveitamento de energia solar com custo-benefício, melhorar sua eficiência é crucial
para aplicações práticas mais amplas.
A pesquisa de ponta sobre células solares orgânicas não-fullerenos à base de aceitadores representa a
vanguarda da energia fotovoltaica orgânica, impulsionada por materiais e inovações de manipulação de
morfologia. Enfrentar os desafios associados à supressão de perdas não diarativa de recombinação e
aprimoramento de desempenho é fundamental para a pesquisa de células orgânicas.
- O professor. Li destacou os desafios de pesquisa colocados pelos métodos de controle de morfologia
baseados em aditivos existentes, que sofrem de perda de recombinação não radiativa, resultando em
menor tensão de circuito aberto devido à agregação excessiva. Após aproximadamente dois anos de
trabalho, a equipe de pesquisa desenvolveu com sucesso uma estratégia ISM não-monotônica para
aumentar a eficiência do OSC e reduzir a perda de recombinação não diarativa. Espera-se que a
publicação deste estudo revigore os esforços de pesquisa no campo das OSCs.
- O professor. Li antecipa que esse novo avanço afetará significativamente a pesquisa da OSC e criará
oportunidades interessantes, particularmente em aplicações como eletrônicos portáteis e PVs integrados
ao edifício. Outros avanços são antecipados quando os OSCs de junção única de baixo custo atingem
um PCE de mais de 20%, juntamente com melhor estabilidade e outras vantagens, como flexibilidade,
transparência, alongabilidade, baixo peso e cores sintonizáveis.
- O professor. As contribuições de Li para o campo das células solares de polímero ganharam
reconhecimento global. Seus trabalhos anteriores, incluindo o estudo “Solução de alta eficiência
processável de células fotovoltaicas por auto-organização de misturas de polímeros”, publicado na
Nature Materials em 2005, lançou as bases para a pesquisa sobre energia fotovoltaica orgânica. Outro
estudo influente, “Para o Futuro Brilhante – Celulares de Polímero de Buco Heterojunção com Eficiência
de Conversão de Energia de 7,4%”, publicado em Materiais Avançados em 2010, impactou
significativamente o
segunda geração de pesquisas sobre energia fotovoltaica orgânica.
O último estudo mostra uma conquista recorde de um OSC binário com um PCE de mais de 19% e uma
perda de recombinação não diaradiativa de 0,168 eV. - O professor. Li expressou sua empolgação,
descrevendo-a como um resultado encorajador após duas décadas de pesquisas dedicadas sobre
OSCs. A melhoria da eficiência alcançada irá, sem dúvida, acelerar as aplicações práticas da energia
solar.