Novo polímero aproxima as células solares orgânicas da eficiência de 20% a um quinto do custo

Pesquisadores da Universidade de Zhengzhou revelaram um polímero de baixo custo, o PTQ15, que leva as células solares orgânicas (OSCs) a uma eficiência de conversão de energia certificada de 19,96% - um número sem precedentes para materiais orgânicos baratos. Esse avanço coloca as OSCs mais próximas da viabilidade comercial, mantendo as qualidades de leveza e flexibilidade que tornam a tecnologia atraente.

A produção do PTQ15 custa aproximadamente US$ 35.528 por quilograma, cerca de um quinto do preço dos polímeros "estrela" estabelecidos PM6 e D18, que ultrapassam US$ 200.000 por quilograma. Essa economia resulta de uma síntese simplificada de três a quatro etapas que proporciona rendimentos acima de 80%, reduzindo drasticamente as despesas com material e fabricação.

Os OSCs fabricados com PTQ15 e os aceitadores K1/K6 estabeleceram a nova eficiência de referência de 19,96%. As medições mostram uma transferência de carga ultrarrápida em apenas 1,40 picossegundos e uma perda mínima de energia não radiativa de 0,190 elétron-volts - valores que refletem uma dissociação eficiente de excitons e perdas térmicas reduzidas.

Os dispositivos processados em condições ao ar livre com 25% de umidade relativa ainda alcançaram 19,37% de eficiência. O estudo estima um custo mínimo sustentável de US$ 0,36 por watt, colocando essas OSCs a uma distância impressionante da energia fotovoltaica de silício convencional em termos de preço por desempenho.

As próximas etapas se concentram em ultrapassar o limite de eficiência de 20%, refinando os pares doador-aceitador e a morfologia do filme. Se for bem-sucedido, o PTQ15 poderá fazer com que os OSCs passem de protótipos de laboratório para soluções de energia convencionais, fornecendo energia solar econômica, leve e flexível para uma gama mais ampla de aplicações.