O rețetă nouă de solvenți crește eficiența celulelor solare organice
Cercetătorii de la Universitatea Națională Taiwan și colaboratori internaționali au dezvoltat o strategie simplă de amestecare a solvenților care îmbunătățește semnificativ performanța celulelor solare organice complet polimerice. Studiul, publicat în Chemical Engineering Journal, arată că adăugarea unei fracțiuni mici de cosolvent în timpul fabricației rezolvă o problemă de lungă durată legată de controlul calității filmului, deschizând noi posibilități pentru comercializarea tehnologiei energetice flexibile și durabile.
Spre deosebire de panourile solare tradiționale din siliciu rigid, celulele solare organice oferă flexibilitate ridicată, greutate redusă și costuri de producție mai mici, fiind ideale pentru integrarea în dispozitive purtabile și ferestrele clădirilor inteligente. Totuși, obținerea unei eficiențe ridicate de conversie a energiei a rămas dificilă. Provocarea principală apare în timpul uscării, când soluțiile lichide de polimer se solidifică în filme active subțiri. În această tranziție, polimerii se pot agrega dezordonat sau se pot separa neuniform, creând defecte structurale care captează electricitatea generată și provoacă pierderi de energie.
Pentru a rezolva această problemă, cercetătorii au introdus o strategie de procesare inteligentă, amestecând un solvent primar standard (cloroform) cu 2% dintr-un solvent secundar, precum 2-metiltetrahidrofuran (2-MeTHF), 3-metiltetrahidrofuran (3-MeTHF) și tetrahidrofuran (THF). Deoarece acești cosolvenți se evaporă cu o viteză ușor mai lentă, ei încetinesc procesul de uscare suficient pentru a permite moleculelor de polimer să se aranjeze în straturi ordonate și uniforme.
Tehnicile avansate de caracterizare au relevat că acest proces de solidificare echilibrat reduce drastic dezordinea energetică internă, creează domenii cristaline mai mari și întărește stivuirea moleculară în interiorul filmului. În consecință, celulele solare optimizate au demonstrat un transport de sarcină deosebit de eficient, pierderi reduse de recombinare energetică și eficiențe de conversie a energiei de peste 17%. Spectroscopia optică ultrafastă a confirmat suplimentar că structura rafinată a filmului permite sarcinilor fotogenerate să se separe și să se deplaseze instantaneu, depășind blocajele energetice tradiționale.
„Prin simpla reglare fină a dinamicii evaporării solventului în timpul formării filmului, am deblocat o cale practică de control al arhitecturii moleculare, aducând celulele solare organice cu un pas mai aproape de aplicații practice de energie curată și eficientă”, a declarat Chu-Chen Chueh, profesor de inginerie chimică la Universitatea Națională Taiwan și co-autor corespondent al studiului.
