Forskere opdager rester, der har hindret effektiviteten af ​​lovende type solceller

(Phys.org) - Chauffører, der nogensinde har bemærket en rest på deres forruder efter at have været igennem en bilvask, vil sympatisere med nanoforsker Seth Darlings smerte.

Darling og hans kolleger ved US Department of Energy's Argonne National Laboratory har i årevis arbejdet på at udvikle en ny type solceller kendt som organisk fotovoltaik (OPV'er). På grund af deres potentiale til at reducere omkostninger til både fremstilling og materialer, OPV'er kan være meget billigere at fremstille end konventionelle solceller og også have en mindre miljøpåvirkning.

Den største ulempe ved OPV'er, imidlertid, er de ikke så effektive som konventionelle solceller. I en ny undersøgelse, Darling og hans kolleger ved Argonne's Center for Nanoscale Materials and Advanced Photon Source (APS) var i stand til for første gang at opdage en væsentlig medvirkende årsag til denne begrænsning:Sporester af katalysatormateriale, der er tilovers fra udviklingsprocessen, forhindrer OPV'erne i at omdanne maksimal mængde sollys til elektricitet.

"Forskere er for nylig blevet klar over, at urenheder kan forårsage problemer i disse nanostrukturerede materialer, men indtil nu, vi havde ikke en måde at faktisk kunne se, at urenhederne var der, "Sagde Darling.

Selvom mange tidligere anvendte teknikker manglede evnen til at identificere tilstedeværelsen af ​​en resterende katalysator, Argonne-fysikerne Barry Lai og Jörg Maser var i stand til at få et klart billede af urenhederne ved hjælp af en teknik kaldet røntgenfluorescens, som involverer højintensitets røntgenstråler fra APS.

De resterende urenheder hindrer solcellens ydeevne, fordi de har en tendens til at "fange" de elektriske ladninger, som solcellen genererer, efter at den er ramt af en foton. De metalatomer, der er involveret i udviklingsprocessen - specifikt palladium - forårsager indfangningseffekten.

Det næste trin for forskningen indebærer at se på måder at afhjælpe eller forhindre fangst, men i mellemtiden, kemikere og producenter af organiske solcellematerialer er allerede begyndt at notere sig og være opmærksom på mængden af ​​restkatalysator, der er tilbage i deres produkter.

Ifølge Darling, forskere havde i nogen tid været klar over et analogt problem i organiske lysemitterende enheder, som arbejder på det omvendte princip om solceller - frem for at konvertere lys til elektricitet, de konverterer elektricitet til lys. "Det er faktisk lidt overraskende, at forskere ikke erkendte, at dette problem også kunne forekomme i solceller indtil relativt for nylig, "Sagde Darling.

Resultaterne af forskningen er offentliggjort i en artikel med titlen "Detektion og rolle af urenheder i højtydende organiske solceller" i maj 2013-udgaven af Energi- og miljøvidenskab .