Opsamling af solens energi:Ny elektrode til fleksible tyndfilmssolceller

Konventionelle siliciumbaserede stive solceller, der generelt findes på markedet, er ikke egnede til fremstilling af formbare tyndfilmede solceller, hvor en gennemsigtig, fleksibel og elektrisk ledende elektrode samler lyset og fører strømmen væk. En vævet polymerelektrode udviklet af Empa har nu givet de første resultater, som er meget lovende, hvilket indikerer, at det nye materiale kan være en erstatning for indiumtinoxidbelægninger.

Råvaremangel og stigende brug af sjældne metaller gør elektroniske komponenter og enheder mere og mere kostbare. Sådanne sjældne metaller bruges, for eksempel, at lave de gennemsigtige elektroder, der findes på mobiltelefonens touchskærm, flydende krystal skærme, organiske LED'er og tyndfilmssolceller. Valgmaterialet i disse tilfælde er indiumtinoxid (ITO), et stort set gennemsigtigt blandet oxid. Fordi ITO er relativt dyrt, imidlertid, det er uøkonomisk at bruge i store områder såsom solceller.

Søgen efter alternativer

Indium-fri gennemsigtige oxider findes, men med stigende efterspørgsel efter dem har de også en tendens til at blive knappe. Ud over, de vigtigste ulemper såsom skørhed forbliver. Søgningen efter alternative belægninger, som både er gennemsigtige og elektrisk ledende, er derfor intens, med materialer som ledende polymerer, kulstof -nanorør eller grafener, der bliver undersøgt. Kulstofbaserede elektroder, imidlertid, viser generelt for høje overflademodstandsværdier, hvilket gør dem til dårlige elektriske ledere. Hvis et metallisk gitter er integreret i det organiske lag, det reducerer ikke kun dens modstand, men også dens mekaniske stabilitet. Hvis en solcelle fremstillet af dette materiale er bøjet, elektrodelagene knækker og er ikke længere ledende. Udfordringen består således i at fremstille fleksible, men stabile ledende substrater, ideelt i en omkostningseffektiv industriel valseproces.

En løsning:vævede elektroder

En særlig lovende mulighed er brugen af ​​en gennemsigtig fleksibel vævet polymer, som Empa har udviklet sammen med virksomheden Sefar AG i et projekt økonomisk støttet af den schweiziske kommission for teknologi og innovation (CTI). Sefar, som har specialiseret sig i præcisionsstoffer, er i stand til at producere den vævede polymer økonomisk og i store mængder ved hjælp af en rulle-til-rulle-proces svarende til den måde, aviser trykkes på. Metaltråde vævet ind i materialet sikrer, at det er elektrisk ledende. I et andet procestrin er materialet indlejret i et inert plastlag, som ikke imidlertid, dække metalfilamenterne helt, dermed bevare sin ledningsevne. Den resulterende elektrode er gennemsigtig, stabil og alligevel fleksibel. Empa-forskerne påførte derefter en række belægninger på dette nye substrat for at skabe en ny organisk solcelle, hvis effektivitet er kompatibel med konventionelle ITO-baserede celler. Ud over, den vævede elektrode er betydeligt mere stabil, når den er deformeret, end kommercielt tilgængelige fleksible plastsubstrater, hvorpå der er påført et tyndt lag ledende ITO.