Hvorfor bagepulver øger effektiviteten af ​​plastsolceller

Effektiviteten af ​​plastsolceller kan fordobles eller tredobles, hvis et ekstra opløsningsmiddel tilsættes under produktionsprocessen, sammenlignes med bagepulvers rolle i dejblandingen. Præcis hvordan det fungerer, har været uklart i de sidste ti år. Men nu er forskere ved Eindhoven University of Technology (TU/e) kommet med svaret i en publikation i Naturkommunikation . Denne nye forståelse vil nu muliggøre fokuseret udvikling af plastsolceller.

Plast solceller, også kaldet organiske solceller, bruge polymerer i stedet for det sædvanlige silicium til at omdanne energien fra sollys til elektricitet. Brugen af ​​plast som basismateriale reducerer omkostningerne og vægten af ​​disse solceller, og gør dem fleksible. Men deres effektivitet på omkring 10 procent er stadig under den for kommercielle siliciumsolceller, som når virkningsgrader på mellem 15 og 20 procent.

Tilfældig opdagelse

For omkring ti år siden, det viste sig ved et tilfælde, at plastsolcellers effektivitet blev øget med en faktor to til tre gange ved at tilsætte et ekstra opløsningsmiddel ('co-solvent') under produktionsprocessen. "Disse hjælpeopløsningsmidler bruges nu i alle plastsolceller", siger TU/e-professor René Janssen. "Men ingen vidste præcis, hvorfor de har en så gunstig effekt på effektiviteten."

Morfologi

Man vidste, at der var en sammenhæng med solcellens 'morfologi', med andre ord den nøjagtige struktur af to blandede plastkomponenter i cellen, mellem hvilke elektroner bevæger sig under påvirkning af sollys. Disse komponenter - begge organiske materialer - opløses under produktionsprocessen, hvorefter de fordamper og hærder. Det mystiske hjælpeopløsningsmiddel tilsættes altid opløsningsmidlet før fordampning.

Dråbestørrelse

Eindhoven-forskerne ledet af René Janssen brugte en kombination af optiske teknologier til at finde en endelig forklaring. De siger, at hvis de ikke tilsatte et hjælpeopløsningsmiddel, de fandt ud af, at der blev dannet store dråber under hærdningen af ​​plastikblandingen. Disse har en negativ effekt på elektrontransporten – og som følge heraf på solcellens effektivitet. "Jo mere co-opløsningsmiddel du tilføjer til opløsningen, jo mindre boblerne viser sig at være, indtil de forsvinder helt, når et bestemt indhold er nået", siger Janssen.

'Foldning' og fordampning

Det fandt de også årsagen til. "Der er to effekter, der opstår under hærdningsprocessen", siger Janssen. "På den ene side fordamper opløsningen, og samt at polymerer får en 'foldet' struktur. Vi så, at co-opløsningsmidlet får denne 'foldning'-proces til at starte på et meget tidligere tidspunkt, hvilket betyder, at boblerne i sidste ende slet ikke længere dannes." På denne måde fungerer co-opløsningsmidlet som en slags 'bagepulver':det forbedrer strukturen af ​​blandingen, men agenten i sig selv er ikke nok.

Mere effektiv

Forskerne håber, at deres resultater vil gøre udviklingen af ​​plastiksolceller mere effektiv. "Hidtil har det primært været et spørgsmål om trial-and-error", siger Janssen. "Men nu kan vi forudsige meget mere præcist, hvad der sandsynligvis vil virke, og hvad er det ikke."