At finde blandingen:Solcelleeffektivitet en delikat balance

(Phys.org) - Forskning fra North Carolina State University afslører, at solcelleeffektivitet er baseret på en delikat balance mellem størrelsen og renheden af ​​de indre lag, eller domæner. Disse resultater kan føre til bedre design og forbedret ydeevne i organiske solceller.

Polymerbaserede solceller er beregnet til at have to domæner, bestående af en elektronacceptor og et elektrondonormateriale. Solcelleeffektivitet er baseret på flere faktorer:den lethed, hvormed excitoner (energipartiklerne, der skabes af solceller, når lys absorberes) kan rejse til grænsefladen mellem donor- og acceptordomænerne, mens de bevarer så meget af lysets energi som muligt; og, når afgifterne er adskilt fra excitonerne, hvor effektivt adskilte ladninger rejser til enhedens elektroder til opsamling.

I virkeligheden, imidlertid, disse domæner er ikke separate og rene, og der kan ende med at blive mange flere end to. Nuværende behandlingsmetoder skaber en kompleks, multi-domæne struktur, hvilket påvirker alle de faktorer, der er involveret i solcellens effektivitet.

NC State fysiker Harald Ade og samarbejdspartnere ønskede at finde ud af præcis, hvordan solcellens komplekse struktur påvirker dens ydeevne. Ved hjælp af avancerede bløde røntgenteknikker, Ade og kolleger fra det kinesiske videnskabsakademi fandt ud af, at domæner blandede sig på usædvanlige og til tider modstridende måder.

"Forestil dig solcellens to domænematerialer som kagedej med et vaniljelag og et chokoladelag, "Siger Ade." I første omgang grænsefladeområdet – hvor lagene rører ved – er lige så stort som din kageform. Mens du blander lagene ved at trække en gaffel gennem dejen for at lave hvirvler, mere af vaniljen rører ved chokoladen, og du skaber endnu mere grænsefladeareal. I en solcelle, mere grænsefladeareal tjener til at øge ydeevnen ved at øge ladningsadskillelsen.

"Imidlertid, hvis du fortsætter med at blande lagene, du får en ensartet dej med mindre renhed, hvilket reducerer solcellens ydeevne, da ladningerne rekombineres og går tabt på grund af for meget blanding.

"Det, vi finder, er, at i rigtige enheder ligner strukturen at lave hvirvler med forskellige størrelser gafler ved hjælp af en kombination af store eller små bevægelser. Dette skaber to længdeskalaer, der kan have forskellige grader af dej ensartethed, fører til komplekse afvejninger mellem størrelse, renhed og ydeevne. Vores opgave nu er at forstå disse afvejninger og finde ud af, hvordan man konstruerer solceller, der udnytter dem."