Hoe te om efficiënte organische zonnecellen te bouwen

De organische die zonnecellen, van op koolstof-gebaseerde materialen worden gemaakt, stellen unieke die voordelen voor met andere zonneceltechnologieën worden vergeleken. Bijvoorbeeld, kunnen zij door goedkope druktechnologieën worden vervaardigd, en zij kunnen met verkiesbare kleuren semi-transparent worden gemaakt, die architecturaal in de bouw van integratie kunnen worden gebruikt. Hun flexibiliteit en laag gewicht maken hen perfect voor het aandrijven van de sensoren voor Internet van dingentoepassingen.

Een zeer belangrijke uitdaging die de ontwikkeling van organische zonnecellen onder ogen zien is dat zij gewoonlijk grote energieverliezen hebben.

„Wij hebben sommige rationele ontwerpregels geformuleerd om energieverliezen in organische zonnecellen te minimaliseren. Na deze regels, stellen wij een waaier van voorbeelden met lage energieverliezen voor en efficencies van de hoge machtsomzetting,“ zegt Feng Gao, associëren professor bij de Afdeling van Biomoleculaire en Organische Elektronika bij Linkoping-Universiteit.

De ontwerpregels, die sommige eerder gehouden ideeën uitdagen, zijn gepubliceerd in een artikel in het dagboek Nature Materials.

Gebruikend deze ontwerpregels, beloven de organische zonnecellen om hun concurrenten met betrekking tot de efficiency van de machtsomzetting in te halen, die de fractie van de energie in de straling meet van de zon die wordt omgezet in elektriciteit. De theoretische grens voor de fractie van de energie van de zon die in zonnecellen kan worden verkregen is rond 33%. De laboratoriumexperimenten met op silicium-gebaseerde zonnecellen hebben 25% in het gunstigste geval bereikt. De onderzoekers hebben tot nu toe geloofd dat de grens voor organische zonnecellen lager is.

„Maar wij weten nu dat er geen verschil is -- de theoretische die grens is hetzelfde voor zonnecellen van silicium, perovskites worden vervaardigd of de polymeren,“ zegt Olle Inganas, professor van biomoleculaire en organische elektronika, Linkoping-universiteit.

Wanneer de fotonen van de zon door het semiconducting polymeer in een zonnecel worden geabsorbeerd, worden de elektronen in het donormateriaal opgeheven aan een opgewekte staat, en die de gaten worden gevormd in de grondstaat naar wie de elektronen worden aangetrokken blijven. om deze verbindende elektronen en gaten te scheiden, wordt een acceptormateriaal toegevoegd. Nochtans, resulteert dit acceptormateriaal gewoonlijk in extra energieverliezen, een kwestie die de organische zonnecelgemeenschap voor meer dan twee decennia heeft gehinderd.

Het artikel in Nature Materials stelt twee fundamentele regels voor om energieverliezen voor hoogst efficiënte organische zonnecellen te minimaliseren: -- Minimaliseer de energie tussen donor en acceptorcomponenten wordt gecompenseerd die. -- Zorg ervoor dat de component laag-Gap in het mengsel een hoge photoluminescence heeft.

De onderzoekers bij de zeven onderzoekinstituten in de V.S., hebben China en Europa samen rond dozijn verschillende materialen geproduceerd, wat waarvan eerder zijn gemeld en anderen volledig nieuw zijn. Zij hebben deze gebruikt om aan te tonen dat de nieuwe theorie met experimentele resultaten akkoord gaat, alhoewel het enigszins onverenigbaar is met wat eerder werd geloofd.

Naast Feng Gao, zijn Artem een Bakulin van Imperial College London en Veaceslav Coropceanu van het Instituut van Georgië van Technologie ook overeenkomstige auteurs van het artikel. Het onderzoek is gefinancierd door toelagen uit bronnen in Zweden, de EU, de V.S. en China, en ook uitgevoerd in het kader van het strategische initiatief in geavanceerde functionele materialen, AFM, bij Linkoping-Universiteit.

 BRON: Seience dagelijks