Prezentare

Titlul proiectului: MATERIALE ACTIVE UNICOMPONENTE PENTRU CELULE SOLARE ORGANICE BAZATE PE COMPUŞI PI-CONJUGATI AUTOASAMBLAŢI (SMOSCs) / SELF-ORGANIZED PI-CONJUGATED SYSTEMS AS ACTIVE CONSTITUENTS FOR SINGLE-MATERIAL ORGANIC SOLAR CELLS (SMOSCs)

Acronim: < ORGLIGHT >
ID proiect: P_37_220
Număr contract de finanţare: 21/1.09.2016
Cod MySMIS: 105309
Beneficiar: UNIVERSITATEA BABES-BOLYAI / FACULTATEA DE CHIMIE SI INGINERIE CHIMICA

Obiectivul principal: 

  • obținerea de materiale active inovative pentru celule solare organice unicomponente [single-material organic solar cells (SMOSCs)] utilizând tehnologii ecologice, ieftine și eficiente

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.

Proiect finanţat prin Programul Operaţional Competitivitate (POC) 2014-2020, Axa Prioritară 1 ‐ Cercetare, dezvoltare tehnologică și inovare (CDI) în sprijinul competitivităţii economice și dezvoltării afacerilor, Acţiunea  1.1.4. Atragerea de personal cu competențe avansate din străinătate pentru consolidarea capacității CD

Valoarea nerambursabilă a proiectului:

  • 8.617.500 lei (Cofinanţare publică: 7.276.617 lei FEDR şi 1.340.883 lei bugetul de stat)

Durata de implementare a proiectului:

  • 01.09.2016  – 31.08.2020

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).

celule solare organice unicomponente (SMOSC-uri)

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.