Organische zonnecellen zijn gemaakt van goedkope en overvloedige materialen, maar hun efficiëntie en stabiliteit blijven nog steeds achter bij die van zonnecellen op basis van silicium. Een Chinees-Duits team van wetenschappers heeft een manier gevonden om de elektrische geleidbaarheid van organische zonnecellen te verbeteren. waardoor hun prestaties toenemen. Dotering van de metaaloxide tussenlaag, die de elektrode en de actieve laag verbond, met een gemodificeerde organische kleurstof verhoogde zowel de efficiëntie als de stabiliteit, de studie gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie onthuld.

Organische zonnecellen zetten licht om in elektrische stroom. Het hart van de cellen is de actieve organische laag gemaakt van speciaal ontworpen organische moleculen. Hier, elektronen en gaten, de positieve tegenhangers van de elektronen, worden gegenereerd door licht en reizen naar de elektroden om de elektrische stroom te vormen. Een terugkerend probleem bij het ontwerpen van organische zonnecellen is de afstemming van de materiaalsoorten. De elektroden zijn gemaakt van anorganische materialen, maar de actieve laag is organisch. Om de twee materialen samen te voegen, metaaloxide tussenlagen worden in veel organische celtypen geïntroduceerd. Maar in de meeste ontwerpen de resulterende geleidbaarheden zijn niet optimaal.

Frank Würthner aan de Universiteit van Würzburg, Duitsland, en Zengqi Xie aan de South China University of Technology (SCUT), Kanton, China, onderzocht het idee om een ​​zinkoxide tussenlaag iets meer organisch en fotogeleidend te maken om de contactweerstand bij bestraling met zonlicht te verminderen. De wetenschappers maakten een organische kleurstof zo dat deze stabiele complexen vormde met de in de zinkoxidelaag aanwezige zinkionen. onder zonlicht, deze gemodificeerde kleurstof, hydroxy-PBI genaamd, zou dan elektronen in de tussenlaag van zinkoxide injecteren, waardoor de geleidbaarheid zou toenemen.

De wetenschappers assembleerden vervolgens de organische zonnecel, die bestond uit een indiumtinoxideglas (ITO) elektrode, de zinkoxidelaag gedoteerd met de hydroxy-PBI-kleurstof, de actieve laag gemaakt van een polymeer als elektronendonor en een organisch molecuul als acceptor, een andere metaaloxide tussenlaag, en een aluminium elektrode als positieve elektrode. Deze architectuur, die een omgekeerde bulk heterojunctiecel wordt genoemd, is die van een ultramoderne organische zonnecel, die een maximale stroomconversie-efficiëntie van 15 procent bereikt.

De doping tussen de lagen was op verschillende manieren gunstig. Afhankelijk van de kleurstof - de wetenschappers controleerden de prestaties van verschillende kleurstoffen met enigszins verschillende structuren - werden conversie-efficiënties van bijna 16 procent bereikt. En de met kleurstof gedoteerde zinkoxide-tussenlaag bleek ook stabieler dan een zonder dotering. De auteurs zeiden dat het belangrijk was dat de PBI-kleurstof werd gemodificeerd tot zijn hydroxy-PBI-vorm, die aanleiding gaven tot strakke complexen met de zinkionen. Alleen dan zou een anorganisch-organische hybride structuur kunnen evolueren om een ​​goed contact te vormen met de actieve materialen.