Tredje trin øger solcellens ydeevne

Et tre-komponent lyshøstlag øger ydeevnen i en organisk solcelle.

Tilføjelse af en ekstra ingrediens til det lysopsamlende lag i en fremvoksende solcelleteknologi kan forbedre alle aspekter af dens energihøstydelse betydeligt, KAUST -forskere har vist.

Teamet udvikler et alternativ til silicium solteknologi kaldet organiske solceller, som kan formuleres til blæk til lavprisproduktion. Selvom organiske solceller endnu ikke helt matcher siliciumcellernes lysoptagende effektivitet, trekomponentdesignet bringer dem et betydeligt skridt tættere på.

Der har været betydelige gevinster i ydeevnen af ​​organiske solceller på grund af en genovervejelse af deres formulering. Typisk, cellerne består af to lysfangende molekyler:den ene en elektrondonor og den anden en elektronacceptor, som hjælper med at adskille de elektriske ladninger, der genereres, når lys rammer materialet. Tidlige organiske solceller brugte molekyler kaldet fullerener som elektronacceptor, men disse materialer havde nået et præstationsplateau.

"Fremkomsten af ​​ikke-fulleren-acceptorer åbnede en ny horisont, øger den certificerede effektkonverteringseffektivitet fra 10,9 procent til 15,6 procent på kun fire år, " siger Xin Song, en kandidatstuderende i Derya Barans forskningsgruppe i KAUST Solar Center.

En nyere nyskabelse er at tilføje en lille mængde af en tredje komponent - enten en ekstra elektronacceptor eller en ekstra elektrondonor - til den organiske lysindsamlingsblanding. Den tredje komponent kan forbedre bearbejdeligheden og producere en højere kvalitet, højere ydeevne let høstlag. Alternativt kan det kan absorbere lysenergi ved bølgelængder, der er komplementære til de to andre komponenter i blandingen.

Nu, Baran, Song og deres samarbejdspartnere har identificeret en tredje komponent, der samtidig forbedrer begge aspekter af enhedens ydeevne. Teamet inkorporerede en anden elektrondonor kaldet BIT-4F-T i et organisk solmateriale. Dette molekyle blev valgt af flere årsager, Sangen forklarer:dens dybe ioniseringspotentiale, hvilket gavner cellens elektroniske egenskaber; dens komplementære lysabsorption for at høste mere lys; og dens høje krystallinitet, hvilket forbedrer forarbejdningsevnen.

Sammen, disse forbedringer øgede solcellens ydeevne med 15 procent sammenlignet med tokomponentblandingen, gør det muligt at nå en samlet solenergi-effekt-konverteringseffektivitet på 14 procent. Celler indeholdende BIT-4F-T bibeholdt også betydeligt mere ydeevne over tid.

Holdet planlægger derefter at undersøge, om tre-komponentmaterialet kan fremstilles ved hjælp af et fremstillingsvenligt, storstilet belægningsteknologi og samtidig opretholde overlegen enhedsstabilitet, Sang siger. Forskerne vil også teste materialet i en tandem solcelle, belægning af den ternære organiske blanding på et andet solmateriale. "Fra vores simulering, tandemkonfigurationen vil skubbe effektiviteten over 17 procent, " siger Song.