NIST -målinger kan hjælpe med at optimere organiske solceller

(PhysOrg.com) - Organiske solceller kan være et skridt tættere på markedet på grund af målinger foretaget på National Institute of Standards and Technology (NIST) og U.S.Naval Research Laboratory (NRL), hvor et team af forskere har udviklet en bedre grundlæggende forståelse for, hvordan man optimerer cellernes ydeevne.

Prototype solceller fremstillet af organiske materialer halter i øjeblikket langt efter konventionelle siliciumbaserede fotovoltaiske celler med hensyn til elproduktion. Men hvis selv rimeligt effektive organiske celler kan udvikles, de ville have deres egne fordele:De ville koste langt mindre at producere end konventionelle celler, kunne dække større områder, og kunne tænkes genanvendes langt lettere.

De celler, teamet undersøgte, er fremstillet ved at stable hundredvis af tynde lag op, der veksler mellem to forskellige organiske materialer - zinkpthalocyanin og C ₆₀ , de fodboldboldformede kulstofmolekyler, der undertiden kaldes buckminsterfullerenes, eller “buckyballs.” Lys, der rammer denne flerlagsfilm, ophidser alle dens lag fra top til bund, får dem til at opgive elektroner, der flyder mellem lagene af buckyball og pthalocyanin, at skabe en elektrisk strøm.

Hvert lag er kun få nanometer tykt, og varierende deres tykkelse har en dramatisk effekt på, hvor meget elektrisk strøm den samlede celle afgiver. Ifølge NIST -kemiker Ted Heilweil, at bestemme den optimale tykkelse af lagene er afgørende for at fremstille de celler, der fungerer bedst.

"I det væsentlige, hvis lagene er for tynde, de genererer ikke nok elektroner til at en væsentlig strøm kan strømme, men hvis de er for tykke, mange af elektronerne bliver fanget i de enkelte lag, ”Siger Heilweil. “Vi ville finde det søde sted.”

At finde det "søde sted" involverede at undersøge forholdet mellem lagtykkelse og to forskellige aspekter af materialet. Når lyset rammer filmen, lagene genererer en indledende "stigning" i strøm, der derefter henfalder ret hurtigt; den ideelle celle ville generere elektroner så stabilt som muligt. Ændring af lagtykkelsen påvirker den oprindelige henfaldshastighed, men det påvirker også materialets samlede kapacitet til at transportere elektroner, så teamet ønskede at finde den optimale kombination af disse to faktorer.

Paul Lane fra NRL voksede en række film, der havde lag af forskellig tykkelse, og teamet foretog målinger på begge laboratorier, der tog de to faktorer i betragtning, at finde ud af, at lag på cirka to nanometer tykke giver den bedste ydeevne. Heilweil siger, at resultaterne tilskynder ham til at tro, at prototypeceller baseret på denne geometri kan optimeres, selvom der stadig er en teknisk hindring:at finde den bedste måde at få strømmen ud.

"Det er stadig uklart, hvordan man bedst inkorporerer sådanne tynde nanolag i enheder, ”Siger han. "Vi håber at udfordre ingeniører, der kan hjælpe os med den del."