Materialesandwich bryder barrieren for solcelleeffektivitet

Solceller har et stort potentiale som kilde til ren elektrisk energi, men indtil videre har de ikke været billige, lys, og fleksibel nok til udbredt brug. Nu har et team af forskere ledet af Tandon -lektor André D. Taylor fra Chemical and Biomolecular Engineering Department fundet en innovativ og lovende måde at forbedre solceller og gøre deres brug i mange applikationer mere sandsynligt.

De fleste organiske solceller bruger fullerener, sfæriske kulstofmolekyler. Problemet, forklarer Taylor, er, at fullerener er dyre og ikke absorberer nok lys. I løbet af de sidste 10 år har han gjort betydelige fremskridt med at forbedre organiske solceller, og han har for nylig fokuseret på at bruge ikke-fullerener, som indtil nu har været ineffektive. Imidlertid, han siger, "ikke-fulderenerne forbedrer sig nok til at give fulderener et løb for deres penge."

Tænk på en solcelle som en sandwich, Siger Taylor. "Kødet" eller det aktive lag - lavet af elektrondonorer og acceptorer - er i midten, absorberer sollys og omdanner det til elektricitet (elektroner og huller), mens "brødet, "eller ydre lag, består af elektroder, der transporterer den elektricitet. Hans teams mål var at få cellen til at absorbere lys over et så stort spektrum som muligt ved hjælp af forskellige materialer, men tillader samtidig at disse materialer fungerer godt sammen. "Min gruppe arbejder med centrale dele af" sandwich, 'såsom elektronen og hultransporterende lag af' brødet, 'mens andre grupper kun må arbejde på' kød 'eller mellemlagsmaterialerne. Spørgsmålet er:Hvordan får du dem til at spille sammen? Den rigtige blanding af disse forskellige materialer er ekstremt vanskelig at opnå. "

Brug af et squarainmolekyle på en ny måde - som et krystalliserende middel - gjorde tricket. "Vi tilføjede et lille molekyle, der fungerer som en elektrondonor i sig selv og forbedrer absorptionen af ​​det aktive lag, "Taylor forklarer." Ved at tilføje dette lille molekyle, det letter orienteringen af ​​donor-acceptor-polymeren (kaldet PBDB-T) med ikke-fulleren-acceptoren, ITIC, i et gunstigt arrangement. "

Denne solarkitektur bruger også en anden designmekanisme, som Taylor-gruppen var banebrydende, kendt som en FRET-baseret solcelle. FRET, eller Förster resonans energioverførsel, er en energioverførselsmekanisme, der først blev observeret i fotosyntese, hvorved planter bruger sollys. Ved hjælp af en ny polymer og ikke-fullerenblanding med squaraine, teamet konverterede mere end 10 procent af solenergien til strøm. For bare et par år siden blev dette betragtet som et for højt mål for enkeltkrydsende polymer solceller. "Der er nu nyere polymere ikke-fulleren-systemer, der kan klare over 13 procent, så vi betragter vores bidrag som en levedygtig strategi til forbedring af disse systemer, "Siger Taylor.

De organiske solceller udviklet af hans team er fleksible og kan en dag bruges i applikationer, der understøtter elektriske køretøjer, bærbar elektronik, eller rygsække til opladning af mobiltelefoner. Til sidst, de kunne bidrage betydeligt til forsyningen af ​​elektrisk strøm. "Vi forventer, at denne metode til krystalliserende midler vil tiltrække opmærksomhed fra kemikere og materialeforskere tilknyttet organisk elektronik, "siger Yifan Zheng, Taylors tidligere forskerstudent og hovedforfatter af artiklen om arbejdet i tidsskriftet Materialer i dag .

Næste for forskergruppen? De arbejder på en type solceller kaldet en perovskite samt fortsætter med at forbedre organiske solceller, der ikke er fuldere.