Struktur af plastsolceller hæmmer deres effektivitet, finder forskere

(PhysOrg.com) - Et team af forskere fra North Carolina State University og Storbritannien har fundet ud af, at den lave energiomdannelseshastighed i solcelleteknologien udelukkende er forårsaget af strukturen af ​​selve solcellerne. De håber, at deres resultater vil føre til skabelsen af ​​mere effektive solceller.

Polymere solceller er lavet af tynde lag af gennemtrængende strukturer fra to forskellige ledende plastmaterialer og er i stigende grad populære, fordi de både er potentielt billigere at fremstille end dem, der er i brug i øjeblikket og kan "males" eller printes på en række forskellige overflader, herunder fleksible film lavet af samme materiale som de fleste sodavandsflasker. Imidlertid, disse solceller er endnu ikke omkostningseffektive at lave, fordi de kun har en strømkonverteringsrate på omkring tre procent, i modsætning til satsen på 15 til 20 procent i eksisterende solteknologi.

"Solceller skal samtidig være tykke nok til at absorbere fotoner fra solen, men har strukturer, der er små nok til, at den opfangede energi - kendt som en exciton - er i stand til at rejse til stedet for ladningsadskillelse og omdannelse til den elektricitet, vi bruger, ” siger Dr. Harald Ade, professor i fysik og en af ​​forfatterne til et papir, der beskriver forskningen. "Solcellerne fanger fotonerne, men exciton har for langt at rejse, grænsefladen mellem de to forskellige anvendte plasttyper er for grov til effektiv ladningsadskillelse, og dens energi går tabt."

Forskernes resultater vises online i Avancerede funktionelle materialer og Nano bogstaver .

For at solcellen skal være mest effektiv, Ade siger, laget, der absorberer fotonerne, skal være omkring 150-200 nanometer tykt (en nanometer er tusindvis af gange mindre end bredden af ​​et menneskehår). Den resulterende exciton, imidlertid, skal kun rejse en afstand på 10 nanometer før ladningsadskillelse. Den måde, som polymere solceller i øjeblikket er opbygget på, hæmmer denne proces.

Ade fortsætter, "I det undersøgte helt polymersystem, den mindste afstand, som excitonen skal tilbagelægge, er 80 nanometer, størrelsen af ​​strukturerne dannet inde i den tynde film. Derudover den måde, enheder i øjeblikket fremstilles på, grænsefladen mellem strukturerne er ikke skarpt defineret, hvilket betyder, at excitonerne, eller gebyrer, blive fanget. Nye fremstillingsmetoder, der giver mindre strukturer og skarpere grænseflader, skal findes."

Ade og hans team planlægger at se på forskellige typer polymerbaserede solceller for at se, om deres lave effektivitet skyldes det samme strukturelle problem. De håber, at deres data vil få kemikere og producenter til at udforske forskellige måder at sætte disse celler sammen for at øge effektiviteten.

"Nu hvor vi ved, hvorfor den eksisterende teknologi ikke fungerer så godt, som den kunne, vores næste skridt vil være at se på fysiske og kemiske processer, der vil korrigere for disse problemer. Når vi først får en baseline for effektivitet, vi kan omdirigere forsknings- og produktionsindsatsen."