Compreensão Molecular de Células Solares Orgânicas: Os Desafios

Nosso objetivo neste artigo é triplo. Primeiro, fornecemos uma visão geral dos processos ópticos e eletrônicos que ocorrem em uma célula solar orgânica de estado sólido, que definimos como uma célula na qual os materiais semicondutores entre os eletrodos são orgânicos, sejam polímeros, oligômeros ou pequenas moléculas; essa discussão também visa estabelecer a estrutura conceitual na qual muitas das contribuições para esta Edição Especial sobre Fotovoltaicos podem ser vistas. Seguidamente, voltamos nossa atenção para (i) absorção óptica e formação de excitons, (ii) migração de excitons para a interface do doador-aceitador, (iii) dissociação de excitons em portadores de carga, resultando na aparição de lacunas no doador e elétrons no aceitador, (iv) mobilidade de portadores de carga, e (v) coleta de carga nos eletrodos. Para cada um desses processos, também descrevemos os desafios teóricos que precisam ser superados para obter uma compreensão abrangente em nível molecular. Por fim, destacamos os avanços teóricos recentes, em particular no que diz respeito à determinação da energetics e dinâmica em interfaces orgânico-orgânicas, e sublinhamos que o equilíbrio certo precisa ser encontrado para a otimização dos parâmetros do material que muitas vezes resultam em efeitos opostos no desempenho fotovoltaico.