En flaky mulighed øger organiske solceller

Et billigt materiale, lavet af wolframdisulfidflager kun få atomer tykke, har været med til at forbedre ydelsen af ​​organiske solceller1. Opdagelsen af ​​KAUST -forskere kan være et vigtigt skridt i retning af at bringe disse fotovoltaiske celler i større udstrækning til at generere ren elektricitet.

De fleste solceller bruger silicium til at absorbere lys og omdanne dets energi til elektricitet. Men kulstofbaserede halvledermolekyler, bruges i organisk fotovoltaik (OPV'er), tilbyde nogle klare fordele frem for silicium. OPV'er har en tendens til at være fleksible, for eksempel, hvilket betyder, at de kunne fremstilles i stor skala ved hjælp af billige roll-to-roll-tryk. Men de bedste OPV'er konverterer omkring 16-17 procent af det lys, de fanger til elektrisk strøm, langt fra kommercielle siliciumceller, der overstiger 20 procent.

Thomas D. Anthopoulos, og kolleger på KAUST Solar Center, har estimeret, at OPV'er kunne konkurrere med denne ydelse, hvis visse dele af cellen blev forbedret2. Når lyset rammer halvlederen, det frigør elektroner fra materialet og efterlader positivt ladede huller. Elektroner og huller samles af forskellige lag på halvlederens modsatte sider og leveres til cellens elektroder for at generere en strøm. Den førende hultransportør er en polymer kaldet PEDOT:PSS, men det er surt og absorberer fugt fra luften, som nedbryder andre materialer i solcellen.

Anthopoulos tværfaglige team har nu udviklet et hultransporterende lag fremstillet af flager af et 2-D materiale, wolfram disulfid. Forskerne brugte ultralyd til at rive flagerne af pulveriseret wolframdisulfid suspenderet i en blanding af vand og ethanol. Denne sonikermetode er billig og let at skalere op, og flagerne kan spredes på en elektrode ved hjælp af en enkel og meget udbredt spin-coating proces.

Teamet fremstillede flere OPV'er på denne måde, og de bedste havde en effektkonverteringseffektivitet på 17 procent, som er den højeste for enhver OPV, der bruger et 2-D-materiale som hultransportør og blandt de højeste for enhver OPV. "Vi var meget overraskede over at nå 17 procent, "siger Yuanbao Lin, en ph.d. elev på holdet. "Vi føler, at dette kun er begyndelsen, og der er betydeligt plads til forbedring af ydeevnen."

Teamet fandt ud af, at wolframdisulfidlaget har en lavere modstand end PEDOT:PSS og også er bedre til at samle huller end sin rival, fører til forbedret ydeevne. "Vores umiddelbare mål er at skubbe effektiviteten af ​​vores organiske solceller langt ud over 17 procent og mod vores teoretisk forudsagte grænser, "siger Anthopoulos." Vi har også til formål at undersøge stabiliteten af ​​disse højeffektive organiske solceller. "