Nanoroder lavet af fullerener forbedrer ydeevnen af ​​polymersolceller

Den største hindring for at bruge solenergi har været den for høje pris på solceller fremstillet af uorganiske halvledere. I modsætning, solceller baseret på halvledende polymerer er overkommelige, lys, tynd, og fleksibel - men deres præstationer har manglet. Et team ledet af Chain-Shu Hsu ved National Chaio Tung University og Yuh-Lin Wang ved Academia Sinica i Taiwan har nu udviklet en ny tilgang, der bruger fullerene nanoroder til væsentligt at øge effektiviteten af ​​polymerbaserede solceller. De introducerer deres arbejde i journalen Angewandte Chemie .

I det fotoaktive lag af en solcelle, lysenergi sætter elektroner fri. Dette efterlader positivt ladede huller eller "huller". Elektroner og huller skal adskilles hurtigt og effektivt, eller de rekombinerer og reducerer solcellens effekt. Effektiviteten af ​​en solcelle afhænger således af, hvor godt den resulterende ladning ledes væk og transporteres til elektroderne.

I polymersolceller, det er muligt at opnå en mere effektiv ladningsseparation gennem tilføjelse af acceptorer, såsom fullerener, som optager elektroner. Et meget lovende koncept er at integrere acceptormolekylerne i en uordnet matrix fremstillet af fotoaktive polymerkæder. Grænsefladen mellem de to komponenter spredes således over hele laget. Denne konstruktion er kendt som en "bulk-hetero-kontakt". Efter ladningsseparation, elektronerne og hullerne er placeret i forskellige molekylære systemer, som transporterer dem selektivt til modsatte elektroder.

Problemet er, at de to materialer ikke er jævnt fordelt. Rejsevejene for anklagerne er således uordnede, så huller og elektroner let kan støde på hinanden. Ud over, ladningsseparerede øer kan forekomme. Løsningen ville være en "bestilt bulk-hetero-kontakt", en periodisk struktur med lodret retning, indtrængende områder af begge materialer. Elektroner og huller ville så have lige stier, der ikke krydser. Imidlertid, det har tidligere ikke været muligt at producere noget effektivt fotolag ved hjælp af dette princip, fordi komponenterne ikke er molekylært blandede, gør elektronbanerne for lange til at producere effektiv ladningsseparation.

De taiwanske forskere besluttede at kombinere de to strukturelle principper. Ved at bruge en nano-støbningsproces, de producerede et lag af vertikalt orienterede nanoroder fra et tværbindende polymert fullerenmateriale. Mellemrummene mellem stængerne blev fyldt med en blanding fremstillet af en fotoaktiv polymer og en fulleren. Dette lag sikrer effektiv ladningsadskillelse, og gennemtrængning af fullerene nanoroderne sikrer ordnet - og dermed effektiv - ladningstransport. Solceller fremstillet med dette nye kombinerede fotolag er stabile og opnår fantastisk høj ydeevne.