Molekylær tweak forbedrer organisk solcelleydelse

En molekylær tweak har forbedret organiske solcellers ydeevne, bringer os tættere på billigere, effektiv, og lettere fremstillede solceller. Den nye designtilgang, målrettet mod den molekylære rygrad i cellens strømgenererende lag, blev udviklet af forskere ved Kyoto University's Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) og offentliggjort i tidsskriftet Kemisk Videnskab .

Organiske solceller forventes at blive den næste generation af solceller, da de bruger billigere komponenter, og er mere lette, fleksibel og let fremstillet i forhold til aktuelt anvendte uorganiske solceller.

"Der er stigende bekymring over brugen af ​​fossile brændstoffer og deres miljøpåvirkninger, " siger Hiroshi Imahori, en molekylær ingeniør på iCeMS, der ledede arbejdet med kollega Tomokazu Umeyama. "Vi skal arbejde hårdt for at forbedre bæredygtige energisystemer."

Det strømgenererende lag i organiske solceller indeholder molekyler, der enten donerer eller accepterer elektroner. Lys absorberes af dette tynde lag, spændende molekylerne, som genererer ladninger, der fortsætter med at danne en elektrisk strøm. Men for at lyset effektivt kan omdannes til elektricitet, den elektron-accepterende komponent skal forblive ophidset.

En type organiske celler er meget god til at absorbere et bredt spektrum af lys, men bliver ikke spændt længe. For at prøve at løse dette, Imahori, Umeyama og deres kolleger i Japan målrettede den molekylære rygrad i cellens elektron-accepterende komponent. Specifikt, de erstattede en central ring med et molekyle kaldet thienoazacoronen, skabe et nyt molekyle kaldet TACIC.

I lighed med sin forgænger, TACIC absorberede et bredt spektrum af synligt og nær-infrarødt lys. Væsentligt, den bevarede sin ophidsede tilstand 50 gange længere, omdanner mere end 70 % af lette partikler til strøm. Designet opnåede dette ved at stabilisere den vibration og rotation, der normalt opstår, når lys absorberes, sparer kinetisk energi og letter intermolekylær interaktion.

Cellen har fortsat en effektkonverteringseffektivitet på lige under 10%, hvilket kan sammenlignes med andre organiske solceller, der forskes i. Teamet mener, at ændringer af sidekæderne og kernestrukturen i thienoazacoronenmolekylet kan forbedre effektiviteten af ​​organisk solceller yderligere.