Un equipo internacional de investigadores ha descubierto una nueva relación cuantitativa que permite la identificación rápida de combinaciones de materiales prometedoras para las células solares orgánicas. El descubrimiento podría reducir significativamente el aspecto de "prueba y error" de la producción de células solares al reducir el tiempo dedicado a encontrarlas mezclas más eficientes. La investigación aparece en Materiales de la naturaleza .
Actualmente, los químicos que trabajan para diseñar células solares orgánicas más eficientes dependen en gran medida del análisis "post-mortem" o post-fabricación de la distribución de los materiales constituyentes de las células que producen. En otras palabras, si quieren ver cómoLas moléculas donantes y aceptoras dentro de la célula solar se mezclan e interactúan, primero deben crear la mezcla y producir muestras que se examinan a nivel molecular. Las células solares de alto rendimiento que tenemos ahora, por ejemplo, se crearon a través de un trabajo intensivo,enfoque de prueba y error de desarrollar más de 1,000 combinaciones de materiales y observar las condiciones óptimas de procesamiento para cada una.
"Las fuerzas entre las moléculas dentro de las capas de una célula solar gobiernan cuánto se mezclarán; si son muy interactivas se mezclarán, pero si son repulsivas no lo harán", dice Harald Ade, profesor distinguido de física de Goodnight Innovation Distinguido en Carolina del NorteEstado y autor correspondiente del artículo: "Las células solares eficientes son un equilibrio delicado. Si los dominios se mezclan demasiado o muy poco, las cargas no pueden separarse o ser cosechadas de manera efectiva. Sabemos que la atracción y la repulsión dependen de la temperatura, al igual queazúcar que se disuelve en el café: la saturación, o la mezcla máxima del azúcar con el café, mejora a medida que aumenta la temperatura ".
Ade, con el investigador postdoctoral y primer autor Long Ye del estado de Carolina del Norte y químico He Yan de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong, se propuso determinar a qué temperatura estos sistemas se transforman de dos materiales separados en una mezcla homogénea en energía solar orgánicautilizando el espectrometría de masas de iones secundario y la microscopía de rayos X, el equipo pudo observar las interacciones moleculares a diferentes temperaturas para ver cuándo ocurre el cambio de fase. La dispersión de rayos X les permitió examinar la pureza de los dominios. El resultado finalera un parámetro y un modelo cuantitativo que describe la mezcla de dominios en función de la temperatura y que se puede usar para evaluar diferentes mezclas.
"Descubrimos el nivel de saturación del 'azúcar en el café' en función de la temperatura", dice Ade. "Este parámetro les da a los químicos el límite de solubilidad del sistema, lo que les permitirá determinar qué temperatura de procesamiento les darárendimiento óptimo con la mayor ventana de procesamiento "
"En el pasado, las personas estudiaban principalmente este parámetro en sistemas a temperatura ambiente usando aproximaciones crudas. No podían medirlo con precisión y a temperaturas correspondientes a las condiciones de procesamiento, que son mucho más calientes", dice Ye. "La capacidad demedir y modelar este parámetro también ofrecerá lecciones valiosas sobre el procesamiento y no solo los pares de materiales. En principio, nuestro método puede hacer esto para una mezcla orgánica dada a cualquier temperatura durante el proceso de fabricación ".
"Actualmente, los químicos modifican una molécula y usan ensayos para ver si es un buen material para las células solares, pero si tienen las condiciones de procesamiento incorrectas podrían perder muchos materiales buenos", dice Ade. "Nuestro parámetro mide la saturaciónnivel para que puedan determinar si el sistema de material es bueno antes de fabricar dispositivos. Nuestro objetivo final es formar un marco y una base experimental sobre la cual la variación estructural química podría evaluarse mediante simulaciones en la computadora antes de intentar una laboriosa síntesis ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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