Udskrivbare solceller kan snart forvandle mange dele af et hus til solpaneler

Nye huse kan snart indfri et længe ventet løfte og inkorporere vinduer eller tagsten, der høster solenergi, forskning udført på KAUST tyder på.

Derya Baran, på KAUST Solar Center, og hendes kolleger har udviklet et fotovoltaisk organisk materiale, der opfanger lys effektivt, og som potentielt kan belægges på byggematerialer.

Traditionelle tagmonterede solpaneler er lavet af plader af silicium, men organiske molekyler kan også fange energi fra sollys. Disse molekyler kunne formuleres som billige trykfarver, der påføres almindelige bygningskomponenter såsom vinduer. At omdanne sollys til elektricitet er en proces i flere trin, og nøglen til at udvikle højtydende organiske fotovoltaiske materialer har været at finde organiske molekyler, der er gode ved hvert trin, Baran forklarer.

Når lys rammer et organisk fotovoltaisk materiale, slår det en elektron fri, efterlader et positivt ladet hul. Hvis den modsat ladede elektron og hul rekombinerer, den opfangede energi går tabt. Dermed, organiske solceller inkorporerer en blanding af elektrondonor- og elektronacceptormolekyler for at trække ladningerne fra hinanden.

"Da jeg startede på min kandidatuddannelse i 2015, der var en masse hype om fulleren buckyball-derivater som acceptorer, og rekordeffektivitet var omkring 10-11 procent med dårlig stabilitet, " husker Baran. Men fullerener har flere ulemper - ikke mindst, relativt dårlig lysabsorption - så Baran har undersøgt non-fullerenacceptorer. "Nu rapporteres effektivitetsgevinster på op til 17 procent, " siger hun. "Jeg tror på, at disse acceptorer vil forme fremtiden for organisk solcelleanlæg."

Ikke-fulleren-acceptoren, kendt som EHIDTBR, vurderet af Baran og hendes kolleger byder på flere fordele:Holdet viste, at såvel som stærkt absorberende synligt lys, det blandes godt med elektrondonorkomponenten, hvilket er vigtigt for langsigtet stabilitet og ydeevne.

EHIDTBR var også meget effektiv til at dissociere excitoner og forhindre rekombination - en egenskab, der skulle gøre det nemt at fremstille, siger Baran. I materialer, hvor rekombinationen er høj, det lysindtagende lag skal være meget tyndt, så ladningerne hurtigt når elektrodelaget, minimerer deres chance for at rekombinere. Men disse ultratynde lag er udfordrende at fremstille. "Tykkere film er nemmere at udskrive, især når de skal skaleres op til fremstilling, " siger Baran.

Opskalering af teknologien er holdets næste skridt, tilføjer Baran. "Vi har et spin-out firma fra KAUST Solar Center og gennem dette firma vil vi lave solcellevinduer til elproduktion."