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Vibrações moleculares reduzem a fotovoltagem máxima possível em células solares orgânicas - Phys.org

Ilustração da geração de pares de carga (excitons), os precursores de portadores de carga livre na camada ativa de uma célula solar orgânica. Crédito: Technische Universitaet Dresden              Cientistas da TU Dresden e da Universidade Hasselt, na Bélgica, investigaram as causas físicas que limitam a eficiência de novas células solares baseadas em materiais moleculares orgânicos. Atualmente, a voltagem dessas células ainda é muito baixa - uma razão para suas eficiências ainda relativamente baixas.                                                       Em seu estudo, ao investigar as vibrações das moléculas nos filmes finos, os cientistas conseguiram mostrar que efeitos quânticos muito fundamentais, as chamadas vibrações de ponto zero, podem dar uma contribuição significativa para as perdas de tensão. O estudo já foi publicado na revista Nature Communications. As células solares são um ponto de cristalização de grandes esperanças para a transformação necessária da produção global de energia. A energia fotovoltaica orgânica (OPV), que é baseada em materiais orgânicos, ou seja, à base de carbono, pode ser ideal para se tornar um pilar importante no mix de energia das "energias renováveis", porque elas têm um balanço patrimonial ecológico melhor do que as de silicone convencional módulos e apenas uma pequena quantidade de material é necessária para produzir os filmes finos. No entanto, é necessário um aumento adicional na eficiência. Baseia-se em vários valores característicos, como a tensão em circuito aberto, cujos valores muito baixos são atualmente a principal razão para eficiências ainda moderadas da OPV. O estudo investigou razões físicas para isso, incluindo as vibrações das moléculas nos filmes finos. Foi demonstrado que as chamadas vibrações de ponto zero, um efeito da física quântica que caracteriza o movimento na temperatura absoluta zero, podem ter uma influência significativa nas perdas de tensão. Foi demonstrada uma relação direta entre propriedades moleculares e propriedades de dispositivos macroscópicos. Os resultados fornecem informações importantes para o desenvolvimento e aprimoramento de novos materiais orgânicos. A margem de baixa energia dos espectros de absorção óptica é crucial para o desempenho das células solares, mas no caso de células solares orgânicas com muitos fatores de influência, ainda não é bem conhecido. No presente estudo, investigou-se a origem microscópica das bandas de absorção em sistemas de mistura molecular e seu papel nas células solares orgânicas. O foco foi a dependência da temperatura das características de absorção, que foi investigada teoricamente sob consideração de vibrações moleculares. As simulações combinaram muito bem com os espectros de absorção medidos experimentalmente, o que leva a uma série de descobertas importantes. Os autores descobriram que as vibrações do ponto zero, mediadas pela interação elétron-fônon, causam uma considerável largura de banda de absorção. Isso leva à reemissão de uma parte da energia que não é utilizada e, portanto, reduz a tensão de circuito aberto. Agora, essas perdas de tensão podem ser previstas a partir de parâmetros moleculares eletrônicos e vibrônicos. O que é incomum é que esse efeito seja forte mesmo à temperatura ambiente e possa reduzir significativamente a eficiência da célula solar orgânica. Quais estratégias para reduzir essas perdas de tensão induzidas por vibração podem ser aplicadas estão sendo discutidas pelos autores para um número maior de sistemas e geometrias heterojuncionais diferentes.                                                                                                                                                                   Mais Informações: Michel Panhans et al. As vibrações moleculares reduzem a fotovoltagem máxima possível em células solares orgânicas, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038 / s41467-020-15215-x                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   Citação:                                                  Vibrações moleculares reduzem a fotovoltagem máxima possível em células solares orgânicas (2020, 20 de março)                                                  Consultado em 22 de março de 2020                                                  from https://phys.org/news/2020-03-molecular-vibrations-maximum-photovoltage-solar.html                                                                                                                                       Este documento está sujeito a direitos autorais. 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