Exhibiendo la investigación del laboratorio del profesor Ganesh Balasubramanian (Grupo de Interfacial y Nanoingeniería), Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecánica, Universidad de Lehigh, Belén EE. UU. A pesar de los recientes avances en la eficiencia de conversión de energía de las células solares orgánicas, Aún se justifica una idea de la estabilidad termomecánica impulsada por el procesamiento de las capas activas de heterounión en masa. Correlacionar la elasto-morfología con el rendimiento del dispositivo requiere una comprensión más profunda de la física a nivel molecular, como se presenta en esta investigación sobre la interacción entre el procesamiento, termodinámica y estabilidad mecánica de capas fotoactivas típicas en células solares orgánicas. Crédito:Laboratorio del profesor Ganesh Balasubramanian (Grupo de Interfacial y Nanoingeniería), Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecánica, Universidad de Lehigh, Belén.
Las células solares orgánicas son ideales para su uso en electrónica flexible debido a la naturaleza inherentemente maleable de los polímeros semiconductores. Investigaciones recientes sobre la interacción entre procesamiento, La termodinámica y la estabilidad mecánica de las capas fotoactivas típicas en las células orgánicas proporcionan una comprensión más profunda de estos materiales de alto potencial.
Ganesh Balasubramanian, ORDENADOR PERSONAL. Rossin profesor asistente de Ingeniería Mecánica y Mecánica en la Universidad de Lehigh, y su estudiante de posgrado Joydeep Munshi se propusieron recientemente comprender cuán estables son estos materiales cuando se deforman, y si las propiedades prometedoras pueden realizarse bajo condiciones de carga duras cuando las células solares pueden estar sujetas a estiramiento y compresión. A través de experimentos computacionales utilizando los recursos informáticos de clase de liderazgo en Frontera, el equipo demostró que la adición de pequeñas moléculas a la mezcla de polímeros semiconductores mejora el rendimiento y la estabilidad del material utilizado en las células solares orgánicas. Ellos predicen que esto también es cierto para el material orgánico de células solares en general.
El estudio se describe en un artículo, "Elasto-morfología de P3HT:células solares orgánicas de heterounión a granel de PCBM" que aparece en la contraportada de Materia blanda . Los autores adicionales incluyen:profesores TeYu Chien de la Universidad de Wyoming y Wei Chen, en la Universidad Northwestern.
"Basado en literatura previa, anticipamos que las variaciones en los parámetros de procesamiento de materiales influirían en la estructura, así como en las propiedades térmicas y mecánicas de estas células solares, "dice Balasubramanian." Sin embargo, el hallazgo de que la presencia de pequeños aditivos moleculares puede aumentar las propiedades mecánicas es un nuevo conocimiento obtenido de este trabajo ".
El equipo demostró que, además de la eficiencia de conversión de energía solar a eléctrica, la estabilidad mecánica y la flexibilidad de las células solares orgánicas típicas se ven significativamente afectadas por la presencia de aditivos moleculares.
"Esto podría resultar crucial para la comercialización de células solares orgánicas, "dice Balasubramanian.
Los resultados se lograron mediante la realización de simulaciones moleculares a gran escala en la supercomputadora Frontera, ubicado en el Centro de Computación Avanzada de Texas (TACC) en la Universidad de Texas en Austin), que es la supercomputadora académica más rápida del mundo. Las predicciones consistieron en los mecanismos de deformación de la mezcla de polímeros en condiciones de tensión, así como en el examen de la estructura / morfología del material tras la carga. El equipo de Balasubramanian ha estado entre los primeros en utilizar Frontera.
Si bien se han considerado enfoques similares para interrogar las propiedades de los materiales fotovoltaicos orgánicos, la correlación entre la estructura del material y las propiedades elásticas no se había realizado antes, según Balasubramanian. Añadiendo aditivos moleculares a las mezclas poliméricas, Se pueden fabricar materiales y dispositivos avanzados de energía solar que soporten condiciones extremas de tensión-deformación operativa al tiempo que ofrecen un rendimiento superior.
Agrega:"La investigación tiene el potencial de proporcionar nuevas direcciones para las prácticas científicas en este campo de la investigación de materiales y energía".
