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As células solares híbridos têm aplicações em eletrônica flexível e dispositivos portáteis
Nov 03, 2018

Compreensão do impacto de defeitos na superfície sustenta a maior eficiência de células solares de híbridos orgânicos/inorgânicos.

              As células solares híbridos utilizam uma interface composta por camadas de materiais orgânicos e inorgânicos para converter luz solar em electricidade. O óxido de zinco (ZnO) é uma escolha popular para o material inorgânico, porque é mais barato, atóxico e prontamente disponíveis.

No entanto, a eficiência de conversão de células solares de híbrido usando heterojunctions maiorias de ZnO/orgânico-doador é actualmente muito reduzida— apenas 2 por cento quando ZnO é misturado em um material orgânico do doador. Por outro lado, uma eficiência de 6.1% decente foi atingida quando ZnO é usado como uma camada imprensada entre um eletrodo e uma camada de polímero ou aceitadores da pequeno-molécula.

Jean-Luc Bredas da KAUST Solar Fotovoltaica & engenharia Research Center e colega Hong Li suspeito que defeitos intrínsecos de ZnO são um fator chave no desempenho pobre. Comparando as diferenças nas propriedades eletrônicas entre vários materiais híbridos, eles concluíram que vagas de zinco reduzem a eficiência de conversão, dificultando o processo de separação de carga na interface entre os materiais orgânicos e inorgânicos.

É sabido que o ZnO adota diferentes papéis em heterojunctions maiorias, dependendo do tipo de material orgânico e arquitetura usada. Quando misturado com polímero ou doadores pequeno-molecular, como sexithienyl, ZnO assume o papel de um aceptor de elétrons: ele ocupa ou "aceita" elétrons e deixa buracos carregados positivamente em uma camada de sexithienyl.

Quando imprensado entre um eletrodo e uma camada de aceitador fullerene, transferência de ZnO ajuda os elétrons da camada de fulereno para o eletrodo. Estes processos permitem a conversão eficiente da luz solar em eletricidade.

Os pesquisadores usaram simulações de computador para examinar como vagas de zinco na superfície do óxido de zinco impactam destes dois processos. Para o ZnO/sexithienyl bulk heterojunction, vagas de zinco na superfície de ZnO podem dificultar a transferência de carga locais na interface de ZnO/sexithienyl e também podem impedir a separação de carga eficiente devido às fortes interações de Coulomb. No entanto, para a interface de ZnO/fulereno, essas vagas não impacte significativamente o processo de transferência de carga.

Por estas razões, os heterojunctions ZnO/orgânico desenvolvidos até agora são ineficientes. Em comparação, no entanto, zinco vagas tem significativamente maior impacto negativo na ZnO/sexithienyl do que em interfaces de ZnO/fulereno. Os resultados têm implicações importantes para o desenvolvimento de células solares híbridas, que têm aplicações em eletrônica flexível e dispositivos portáteis.

"O que aprendemos com nossas investigações é em que medida os defeitos na superfície da realização de óxidos metálicos como ZnO determinam as propriedades eletrônicas em geral e, em última análise, a eficiência do dispositivo," observou Bredas. Ele sugeriu que as conclusões indicam possíveis formas de melhorar a eficiência da célula solar através de modificações de superfície.

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