{"id":8917,"date":"2020-08-31T18:01:01","date_gmt":"2020-08-31T21:01:01","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/?p=8917"},"modified":"2020-09-07T18:21:12","modified_gmt":"2020-09-07T21:21:12","slug":"artigo-em-destaque-modelo-cinetico-para-celulas-solares-organicas-mais-eficientes","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/artigo-em-destaque-modelo-cinetico-para-celulas-solares-organicas-mais-eficientes\/","title":{"rendered":"Artigo em destaque: Modelo cin\u00e9tico para c\u00e9lulas solares org\u00e2nicas mais eficientes."},"content":{"rendered":"

O artigo cient\u00edfico de autoria de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste m\u00eas \u00e9: Kinetic model for photoluminescence quenching by selective excitation of D\/A blends: implications for charge separation in fullerene and non-fullerene organic solar cells.<\/em> L. Benatto, M. de Jesus Bassi, L. C. Wouk de Menezes, L. S. Roman and\u00a0 M. Koehler. J. Mater. Chem. C, 2020,8, 8755-8769.<\/p>\n

\u00a0Modelo cin\u00e9tico para c\u00e9lulas solares org\u00e2nicas mais eficientes<\/strong>\u00a0<\/b><\/p>\n

\"Contracapa
Contracapa do J. Mater. Chem. C, destacando a pesquisa da equipe da UFPR.<\/figcaption><\/figure>\n

Diferentemente de outras c\u00e9lulas solares que est\u00e3o no mercado h\u00e1 mais tempo, como as de sil\u00edcio, as org\u00e2nicas s\u00e3o finas, leves, flex\u00edveis e semitransparentes. Com essas caracter\u00edsticas, elas se tornam muito atrativas para segmentos espec\u00edficos. No Brasil, por exemplo, que conta com produ\u00e7\u00e3o nacional, podem ser encontradas em pr\u00e9dios empresariais algumas das maiores superf\u00edcies instaladas do mundo, al\u00e9m de instala\u00e7\u00f5es em alguns shopping centers, caminh\u00f5es e pontos de \u00f4nibus.<\/p>\n

Embora as vers\u00f5es org\u00e2nicas das c\u00e9lulas solares tamb\u00e9m ofere\u00e7am vantagens na produ\u00e7\u00e3o em grande escala (processos industriais mais simples e com menor pegada de carbono, como o\u00a0roll to roll<\/i>), a conquista de mercados amplos depende, em grande parte, de continuar a melhorar a sua efici\u00eancia na convers\u00e3o de luz solar em energia el\u00e9trica. Para superar esse desafio, o desenvolvimento de materiais com propriedades adequadas e a combina\u00e7\u00e3o dos diferentes materiais dentro do dispositivo s\u00e3o essenciais.<\/p>\n

Uma equipe cient\u00edfica da Universidade Federal do Paran\u00e1 (UFPR) dedicou-se a estudar em detalhe, usando ferramentas experimentais e te\u00f3ricas, o mecanismo de gera\u00e7\u00e3o de cargas el\u00e9tricas em c\u00e9lulas solares org\u00e2nicas \u2013 um processo complexo que ainda n\u00e3o \u00e9 compreendido na sua totalidade. Na pr\u00e1tica, os resultados deste trabalho auxiliam na escolha de quais materiais devem ser usados e como eles devem ser sintetizados, de modo que suas propriedades potencializem a efici\u00eancia da convers\u00e3o de luz em eletricidade. A pesquisa foi reportada em artigo do\u00a0Journal of Materials Chemistry C<\/i>\u00a0(fator de impacto 7,059), onde recebeu destaque em contracapa.<\/p>\n

Desvendando a dissocia\u00e7\u00e3o do \u00e9xciton<\/b><\/p>\n

No sandu\u00edche de camadas que forma as c\u00e9lulas solares, a camada ativa (respons\u00e1vel por absorver a luz e gerar as cargas el\u00e9tricas) \u00e9 composta por materiais semicondutores, os quais, no caso dos dispositivos org\u00e2nicos, s\u00e3o pol\u00edmeros ou outras mol\u00e9culas baseadas em carbono. Ao ser excitados pela luz, estes materiais n\u00e3o geram cargas el\u00e9tricas livres, como acontece nos semicondutores inorg\u00e2nicos. Eles geram \u00e9xcitons, que s\u00e3o pares el\u00e9tron \u2013 buraco ligados por for\u00e7as de atra\u00e7\u00e3o entre a carga negativa do primeiro e a positiva do segundo.<\/p>\n

Para gerar as cargas livres, que formam a corrente el\u00e9trica, \u00e9 preciso quebrar essa liga\u00e7\u00e3o, num fen\u00f4meno chamado de dissocia\u00e7\u00e3o do \u00e9xciton. Uma das formas de consegui-lo \u00e9 criar, na camada ativa, uma interface entre um material doador de el\u00e9trons e outro aceitador de el\u00e9trons. \u201cDependendo da combina\u00e7\u00e3o desses dois materiais, o processo de dissocia\u00e7\u00e3o dos \u00e9xcitons pode ocorrer em uma escala de tempo muito baixa, resultando numa gera\u00e7\u00e3o de carga mais eficiente\u201d, explica Leandro Benatto<\/a>, autor correspondente do paper. \u201cNo entanto, esse processo ainda n\u00e3o \u00e9 bem compreendido\u201d, completa.<\/p>\n

O trabalho de Leandro e os outros autores concentrou-se, justamente, em tentar compreender a dissocia\u00e7\u00e3o do \u00e9xciton e a gera\u00e7\u00e3o de cargas livres na interface entre o material doador e o aceitador. A equipe realizou experimentos de fotoluminesc\u00eancia usualmente utilizados para dimensionar a efici\u00eancia na gera\u00e7\u00e3o de cargas livres em sistemas desse tipo e desenvolveu um modelo matem\u00e1tico que simula o processo. Os resultados experimentais e os te\u00f3ricos foram muito similares, comprovando a precis\u00e3o do modelo. \u201cDesenvolvemos um modelo que simula a cin\u00e9tica do processo, englobando diversas etapas da dissocia\u00e7\u00e3o dos \u00e9xcitons e considerando as principais caracter\u00edsticas da interface\u201d, diz ele. \u201cA partir do modelo cin\u00e9tico foi poss\u00edvel reproduzir muito bem os resultados experimentais e observar de forma mais clara os principais fatores que influenciam a efici\u00eancia do processo de gera\u00e7\u00e3o de cargas livres em interfaces doador\/aceitador\u201d, completa.<\/p>\n

Fulerenos x n\u00e3o fulerenos<\/b><\/p>\n

O trabalho que gerou o artigo foi coordenado por dois professores do Departamento de F\u00edsica da UFPR, Marlus Koehler<\/a> e Lucimara Stolz Roman<\/a>, que possuem uma parceria de longa data no estudo te\u00f3rico \u2013 experimental de c\u00e9lulas solares org\u00e2nicas. \u201cA parte te\u00f3rica come\u00e7ou a ser desenvolvida em 2019, no final do meu doutorado em F\u00edsica pela UFPR sob orienta\u00e7\u00e3o do professor Marlus, e continuou no meu p\u00f3s-doutorado no Laborat\u00f3rio de Dispositivos Nanoestruturados (DINE) sob coordena\u00e7\u00e3o da professora Lucimara\u201d conta Leandro. Tamb\u00e9m participaram da pesquisa Maiara de Jesus Bassi<\/a>, doutoranda em F\u00edsica no grupo da professora Lucimara, e Luana Cristina Wouk<\/a>, doutora em F\u00edsica que tamb\u00e9m foi orientanda da professora Lucimara, e atualmente trabalha no centro privado de pesquisa aplicada CSEM Brasil, o que auxiliou a contextualizar o problema no cen\u00e1rio de desenvolvimento em larga escala.<\/p>\n

A ideia inicial do trabalho foi entender a diferen\u00e7a entre dois tipos de mol\u00e9culas aceitadoras de el\u00e9trons: as derivadas de fulereno (um al\u00f3tropo do carbono), que t\u00eam excelente desempenho na coleta e transporte de el\u00e9trons mas possuem um limitado espectro de absor\u00e7\u00e3o luminosa, e compostos n\u00e3o derivados de fulerenos, cujas propriedades de coleta e transporte t\u00eam sido otimizadas nos \u00faltimos anos. \u201cEsse \u00e9 um tema muito interessante visto que, recentemente, a efici\u00eancia das c\u00e9lulas solares org\u00e2nicas baseadas em n\u00e3o fulerenos superou a das baseadas em fulerenos, apesar de que, alguns anos atr\u00e1s,\u00a0n\u00e3o se imaginava que\u00a0os fulerenos seriam superados\u201d, relata Leandro.\u00a0\u201c<\/b>Atualmente, c\u00e9lulas solares org\u00e2nicas de n\u00e3o fulerenos produzidas em laborat\u00f3rio alcan\u00e7aram a efici\u00eancia de 18%\u201d, completa.<\/p>\n

Esta pesquisa recebeu financiamento das ag\u00eancias brasileiras Capes, CNPq e FAPEMIG, do INCT\u2013Nanocarbono e da COPEL (Companhia Paranaense de Energia).<\/p>\n

\"Os
Os autores do artigo. A partir da esquerda: Leandro Benatto, Maiara de Jesus Bassi, Luana Cristina Wouk, Lucimara Stolz Roman e Marlus Koehler.<\/figcaption><\/figure><\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

O artigo cient\u00edfico de autoria de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste m\u00eas \u00e9: Kinetic model for photoluminescence quenching by selective excitation of D\/A blends: implications for charge separation in fullerene and non-fullerene organic solar cells. L. Benatto, M. de Jesus Bassi, L. C. Wouk de Menezes, L. S. Roman […]<\/p>\n","protected":false},"author":4,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[6],"tags":[102,1990,1989,1991,1992,1831,1093],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8917"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/users\/4"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=8917"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8917\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":8947,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8917\/revisions\/8947"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=8917"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=8917"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=8917"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}