Um novo modelo mostra como a resistência do transporte limita a eficiência das células solares e como as previsões de fatores de preenchimento podem nos ajudar a desenvolver mais poderosos fotovoltaicos fotovoltaicos
As células solares orgânicas são uma tecnologia photo voltaic de terceira geração que avançava rapidamente, oferecendo uma combinação de alta eficiência, baixo custo de produção e flexibilidade mecânica. Com eficiências de conversão de energia relatadas agora excedendo 20%, as células solares orgânicas estão começando a rivalizar com células tradicionais à base de silício. Eles também permitem novas aplicações, como integração em materiais de construção e eletrônicos vestíveis.
Uma métrica chave para avaliar o desempenho das células solares é o fator de preenchimento, que mede o quão perto uma célula chega ao fornecimento de sua potência máxima teórica. Os fatores de preenchimento são influenciados pelos materiais utilizados e pelo design do dispositivo. Historicamente, as perdas de recombinação têm sido consideradas a principal limitação para maximizar os fatores de preenchimento. É aqui que elétrons e orifícios se recombinam antes de contribuir para a corrente elétrica.
Pesquisas recentes destacaram outra variável crítica chamada resistência ao transporte. Nos semicondutores orgânicos, que normalmente têm baixa condutividade elétrica, os portadores de carga se movem lentamente através do materials. Esse transporte lento aumenta a probabilidade de recombinação antes que as cargas atinjam os eletrodos, levando a perdas significativas de fatores de preenchimento, mesmo em dispositivos altamente eficientes. Se os elétrons e buracos eram corredores em uma corrida, as perdas de recombinação são corredores desistindo antes de terminarem. Nos materiais orgânicos, o transporte de carga ocorre through salto: é como os corredores que se movem pela lama, é muito mais difícil – aumentando a resistência ao transporte – e é mais provável que desista antes do remaining.
Para abordar isso, os autores desenvolveram um modelo analítico que incorpora a natureza desse transporte lento, distúrbio energético e avalia sistematicamente a resistência ao transporte usando dados experimentais. Ao analisar as características da tensão de corrente e a tensão de circuito aberto dependente da intensidade da luz em uma faixa de temperaturas, o modelo distingue entre as perdas devido à recombinação e aquelas devido ao transporte de carga.
Essa abordagem refinada permite previsões mais precisas de fatores de preenchimento e oferece estratégias práticas para minimizar as perdas relacionadas ao transporte. A melhoria dos fatores de preenchimento não apenas aprimora o desempenho das células solares orgânicas, mas também fornece informações aplicáveis a outras tecnologias fotovoltaicas emergentes, ajudando a orientar o design futuro da energia photo voltaic de terceira geração.
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