Prezentare

Materiale active unicomponente pentru celule solare organice
bazate pe compuşi pi-conjugaţi autoasamblaţi (SMOSCs)

< ORGLIGHT >acronim

Obiectivul general

Obiectivul general al proiectului de cercetare îl reprezintă obținerea de materiale active inovative pentru celule solare organice unicomponente [single-material organic solar cells (SMOSCs)] utilizând tehnologii ecologice, ieftine și eficiente.

Plecând de la obiectivul general al proiectului, pot fi evidențiate următoarele obiective specifice:

  • O1. Design-ul, sinteza și caracterizarea de SMOSC-uri originale obținute din molecule simple donor – unitate de legare – acceptor (D-L-A) și arhitecturi supramoleculare auto-organizate prin interacțiuni între grupările cu proprietăți de auto-asamblare SA1 și SA2.
  • O2. Evaluarea proprietăților fotovoltaice ale SMOSC-urilor obținute, selecția celor mai eficiente sisteme și utilizarea acestora în constructia de prototipuri de celule solare.
  • O3. Managementul proiectului, formarea tinerilor cercetători, dezvoltarea infrastructurii și valorificarea rezultatelor.

Rezumatul proiectului

Ideea centrală a proiectului de cercetare prevede incorporarea de unități donoare (D) și acceptoare (A) (separate de o unitate de legare L, Figura 1), decorate cu diferite grupări cu proprietăți de auto-asamblare, într-un singur schelet molecular. Organizarea specifică a acestor molecule, cu separarea unităților donoare și acceptoare, condiție cerută de principiul de funcționare al celulelor solare, este asigurată de grupările cu proprietăți de auto-asamblare SA1 și SA2 care determină segregarea donorilor și acceptorilor. Celulele solare organice clasice (OSCs), cu minim două componente, se bazează pe hetero-joncțiunea creată prin contactul materialelor D și A. Arhitecturile supramoleculare inovative propuse în acest proiect reprezintă un pas important înspre obținerea de celule solare organice uni-component [single-material organic solar cells (SMOSCs)] care le-ar putea înlocui pe cele multi-component existente în prezent.

Figura 1. Reprezentare generală a conceptului de celule solare organice unicomponente (SMOSC-uri).

fig_1

Acest proiect propune o soluție ideală și eficace, ca răspuns la limitările intrinseci ale celulelor bi-componente, care constă în obținerea unui material unic și ambivalent, ce conține atât unitățile donoare D cât și acceptoare A și este capabil să asigure absorbția luminii, disocierea excitonului și transportul sarcinilor negative și pozitive, funcții îndeplinite în general de două materiale diferite în celulele D/A.

Dezvoltarea SMOSC-urilor va conduce la o simplificare considerabilă a procesului de fabricare a dispozitivelor și la o stabilizare a morfologiei stratului activ. Mai mult, deoarece absorbția luminii și separarea de sarcină se realizează în principiu în aceeași moleculă, problemele legate de durata scurtă de excitare și cele legate de difuzie vor fi considerabil reduse.

În ciuda simplității conceptuale, design-ul materialelor active pentru SMOSC-uri eficiente este o provocare importantă. Pe lângă cerințele obișnuite de absorbție a luminii și nivel energetic al orbitalilor de frontieră adecvat, design-ul materialelor active trebuie să aibă în vedere aspectele referitoare la disocierea excitonului/recombinarea sarcinii și transportul sarcinilor negative și pozitive generate prin iradiere. În principiu, un material activ pentru SMOSC-uri ar putea fi obținut din blocuri de D și A conectate prin unități de legare L cu structură optimizată şi care să fie capabile de auto-organizare prin intermediul grupările terminale cu proprietăți de auto-asamblare (SA).

Obiectivele ambițioase aduc un câștig important, dar şi un grad de risc sporit. Cu toate acestea trebuie subliniat că riscurile proiectului au fost mult limitate prin împărțirea activității în pachete de lucru dedicate diferitelor aspecte ale cercetării, și anume: design-ul și sinteza unităților D și A, optimizarea unității de legare L și auto-organizarea materialului. Pe lângă progresul important estimat pentru obținerea de SMOSC-uri, acest plan de lucru va permite accesul la rezultate importante în ceea ce privește design-ul și sinteza de materiale donoare și acceptoare, înțelegerea aspectelor fundamentale de generare/recombinare de sarcină și auto-organizarea semi-conductorilor organici.