Discovery udfordrer den accepterede regel om organisk solcelles design

Solceller, der bruger blandinger af organiske molekyler til at absorbere sollys og omdanne det til elektricitet, der kan påføres krumme overflader, såsom karosseriet på en bil, kunne være et skridt tættere takket være en opdagelse, der udfordrer konventionel tænkning om en af ​​nøglekomponenterne i disse enheder.

En grundlæggende organisk solcelle består af en tynd film af organiske halvledere klemt mellem to elektroder, som udtrækker ladninger genereret i det organiske halvlederlag til det ydre kredsløb. Det har længe været antaget, at 100% af overfladen af ​​hver elektrode skal være elektrisk ledende for at maksimere effektiviteten af ​​ladningsextraktion.

Forskere ved University of Warwick har opdaget, at elektroderne i organiske solceller faktisk kun har brug for 1% af deres overfladeareal for at være elektrisk ledende for at være fuldt effektive, som åbner døren for at bruge en række kompositmaterialer ved grænsefladen mellem elektroderne og de let høstende organiske halvlederlag for at forbedre enhedens ydeevne og reducere omkostningerne. Opdagelsen, offentliggjort i dag (11. september), er rapporteret i Avancerede funktionelle materialer .

Den akademiske ledelse, Dr. Ross Hatton fra universitetets kemiafdeling, sagde:"Det er almindeligt antaget, at hvis du vil optimere organiske solcellers ydeevne, skal du maksimere arealet af grænsefladen mellem elektroderne og de organiske halvledere. Vi spurgte, om det virkelig var sandt."

Forskerne udviklede en modelelektrode, som de systematisk kunne ændre overfladearealet af, og fandt ud af, at når hele 99% af overfladen var elektrisk isolerende, fungerer elektroden stadig så godt, som hvis 100% af overfladen ledede, forudsat at de ledende regioner ikke er for langt fra hinanden.

Højtydende organiske solceller har yderligere transparente lag ved grænsefladerne mellem elektroderne og det let høstende organiske halvlederlag, der er afgørende for at optimere lysfordelingen i enheden og forbedre dens stabilitet, men skal også kunne lede ladninger til elektroderne. Dette er en høj ordre, og ikke mange materialer opfylder alle disse krav.

Dr. Dinesha Dabera, den postdoktorale forsker på dette Leverhulme Trust finansierede projekt, forklarer:"Dette nye fund betyder sammensætninger af isolatorer og ledende nano-partikler, såsom carbon nanorør, grafenfragmenter eller metal -nanopartikler, kunne have et stort potentiale til dette formål, tilbyder forbedret enhedsydelse eller lavere omkostninger.

"Organiske solceller er meget tæt på at blive kommercialiseret, men de er der ikke helt endnu, så alt, der giver dig mulighed for at reducere omkostningerne yderligere, samtidig med at det forbedrer ydeevnen, hjælper med at gøre det muligt. "

Dr. Hatton, som vil blive interviewet af Serena Bashal fra UK Youth Climate Coalition på British Science Festival i denne uge, forklarer:"Det, vi har gjort, er at demonstrere en designregel for denne type solceller, som åbner op for langt større muligheder for materialevalg i enheden og så kunne bidrage til at muliggøre deres realisering kommercielt. ''

Organiske solceller er potentielt meget miljøvenlige, fordi de ikke indeholder toksiske elementer og kan behandles ved lav temperatur ved hjælp af rulle-til-rulle aflejring, så kan have et ekstremt lavt CO2 -fodaftryk og en kort energitilbagebetalingstid.

Dr. Hatton forklarer:"Der er et hurtigt voksende behov for solceller, der kan understøttes på fleksible underlag, der er lette og farvejusterbare. Konventionelle siliciumsolceller er fantastiske til stor elproduktion i solcelleanlæg og på tagene på bygninger , men de er dårligt tilpasset behovene i elektriske køretøjer og til integration i vinduer på bygninger, som ikke længere er nicheapplikationer. Organiske solceller kan sidde på buede overflader, og er meget lette og lave profil.

"Denne opdagelse kan være med til at gøre det muligt for disse nye typer fleksible solceller at blive en kommerciel virkelighed hurtigere, fordi det vil give designerne af denne klasse af solceller flere valgmuligheder i de materialer, de kan bruge."