Forskningspartnerskab undersøger, hvordan man bedst udnytter solenergi

Et forskningspartnerskab fra University of Cincinnati rapporterer fremskridt i, hvordan man en dag kan gøre solceller stærkere, lettere, mere fleksibel og billigere sammenlignet med den nuværende silicium- eller germaniumteknologi på markedet.

Yan Jin, en UC ph.d.-studerende på materialevidenskab og ingeniøruddannelsen, Institut for Biomedicin, Kemisk, og miljøteknik, rapporterer resultater den 2. marts, ved American Physical Society Meeting i San Antonio, Texas.

Jin vil præsentere, hvordan en blanding af konjugerede polymerer resulterede i strukturelle og elektroniske ændringer, der øgede effektiviteten tre gange, ved at inkorporere uberørt grafen i det aktive lag af de kulstofbaserede materialer. Teknikken resulterede i bedre ladningstransport, kortslutningsstrøm og en mere end 200 procent forbedring af enhedernes effektivitet. "Vi undersøgte de morfologiske ændringer, der ligger til grund for denne effekt ved at bruge small-angle neutron scattering (SANS) undersøgelser af deutereret-P3HT/F8BT med og uden grafen, " siger Jin.

Partnerskabet med Oak Ridge National Laboratory, US Department of Energy, undersøger, hvordan man kan forbedre ydeevnen af ​​kulstofbaserede syntetiske polymerer, med det ultimative mål at gøre dem kommercielt konkurrencedygtige.

I modsætning til de silicium- eller germanium-drevne solceller på markedet, polymerstoffer er billigere og mere formbare. "Det ville være den slags celle, man kunne rulle sammen som et lagen, læg den i din rygsæk og tag den med dig, " forklarer Vikram Kuppa, Jins rådgiver og en UC-assistentprofessor i kemiteknik og materialevidenskab.

En af hovedudfordringerne ved polymer-halvledere er, at de har væsentligt lavere ladningstransportkoefficienter end traditionelle, uorganiske halvledere, som bruges i den nuværende solteknologi. Selvom polymerceller er tyndere og lettere end uorganiske enheder, disse film fanger også en mindre del af de indkommende lysbølgelængder og er meget mindre effektive til at omdanne lysenergi til elektricitet.

"Vores tilgang er vigtig, fordi vi nu har vist en topforbedring på over 200 procent på et par forskellige systemer, i det væsentlige en tredobling af cellens effektivitet ved at løse det grundlæggende problem med dårlig ladningstransport, " siger Kuppa.

Jin ledede forskningen udført på Oak Ridge National Laboratory og på UC's Organic and Hybrid Photovoltaics Laboratory i UC College of Engineering and Applied Science (CEAS). "Vi finder ud af, at disse forbedringer skyldes forbedringer i både ladningsmobilitet og morfologi, " siger Jin. "Morfologien er relateret til den fysiske struktur af blandingen i polymerfilmene og har en stærk indvirkning på ydeevnen og effektiviteten af ​​de organiske fotovoltaiske (OPV) celler."

Yans fremtidige forskning fortsætter i undersøgelsen af ​​morfologi og dens forbindelse til solcellers ydeevne. En del af denne forskning vil blive udført på state-of-the-art, Ultra Small Angle X-ray Scattering (USAXS) udstyr kommer til College of Engineering and Applied Science ved UC, resultatet af en Major Instrumentation Award til Kuppa fra National Science Foundation. Kuppa siger $400, 000 stykker udstyr er kun det andet af sin slags på et universitet i USA og det første instrument af denne type med flere kilder og et bredt måleområde.