Kemiske ingeniørers forskning kan føre til billige, fleksible solceller (m/ video)

(Phys.org) - Arbejde fra et team af kemiske ingeniører ved Penn State og Rice University kan føre til en ny klasse af billige organiske solceller.

"Tænk, hvis du kunne lave solceller så let som du kan printe plakater eller aviser - du kunne lave ark af dette, "sagde Enrique Gomez, adjunkt i kemiteknik. "Det repræsenterer et fundamentalt skift i den måde, vi laver solceller på."

De fleste solceller i dag er uorganiske og lavet af krystallinsk silicium. Problemet med disse, Gomez forklarede, er, at uorganiske solceller har en tendens til at være dyre, stive og relativt ineffektive, når det kommer til at konvertere sollys til elektricitet.

Men organiske solceller tilbyder et spændende alternativ, der er fleksibelt og potentielt billigere.

Der findes ikke mange organiske solceller i øjeblikket. Han sagde, "Der er en flok prototyper, der flyder rundt. Man ser dem på steder som i soldrevne bærbare tasker og på toppen af ​​nogle busdepoter."

Problemet er, at hovedparten af ​​organiske solceller anvender fullerenacceptorer-et kulstofbaseret molekyle, der er ekstremt svært at skalere op til masseproduktion.

Gomez tilgang springer fuldstændig acceptoren helt over og søger at kombinere molekyler i en opløsning.

Ideen om at udnytte molekylær selvsamling til solceller er ikke ny, men Gomez sagde:"Det er ikke blevet godt udført."

Han fortsatte, "Det er som at prøve at blande olie og vand." Problemet er, at svage intermolekylære interaktioner og uorden ved kryds mellem forskellige organiske materialer begrænsede ydeevnen og stabiliteten af ​​tidligere organiske solceller.

Men ved at kontrollere nanostrukturen og morfologien, teamet redesignede i det væsentlige molekylerne for at kæde sammen på en bedre måde.

Ingeniørerne var i stand til at kontrollere donor-acceptor heterojunctions gennem mikrofase-adskilte konjugerede blokcopolymerer.

"Vi har ikke kun demonstreret kontrol over mikrostrukturen, men også kontrol af grænsefladen, der er ansvarlig for de første trin i ladning af fotogenerering på en måde, der aldrig er opnået før, "Sagde Gomez.

Resultatet, som blev beskrevet detaljeret i et nyligt nummer af American Chemical Society's Nano bogstaver tidsskrift, er en organisk solcelle fremstillet af blokcopolymerer, der er tre procent effektiv.

Teamet omfattede Penn State kemiteknisk kandidatstuderende Changhe Guo; bachelorstuderende Matt Witman; Rafael Verduzco, Louis Owen assisterende professor i kemisk og biomolekylær teknik ved Rice University; Joseph Strzalka, forsker ved Argonne National Laboratory; og forskere Cheng Wang og Alexander Hexemer fra Lawrence Berkeley National Laboratory.

Selvom teamets prototype ikke er så effektiv som nogle solceller, der er kommercielt tilgængelige, Gomez forklarede, at arbejdet viser, at fleksible organiske solceller faktisk er mulige.

"Vores celler fanger lige nu ikke meget lys. Vi skal se tilbage og redesigne molekylet. Vi tror, ​​vi kan gøre det bedre end 3 procent, " han sagde.