Zonnecellen die mengsels van organische moleculen gebruiken om zonlicht te absorberen en om te zetten in elektriciteit, die kan worden toegepast op gebogen oppervlakken zoals de carrosserie van een auto, zou een stap dichterbij kunnen komen dankzij een ontdekking die het conventionele denken over een van de belangrijkste componenten van deze apparaten uitdaagt.

Een basale organische zonnecel bestaat uit een dunne film van organische halfgeleiders die is ingeklemd tussen twee elektroden die de in de organische halfgeleiderlaag gegenereerde ladingen naar het externe circuit extraheren. Er is lang aangenomen dat 100% van het oppervlak van elke elektrode elektrisch geleidend moet zijn om de efficiëntie van ladingsextractie te maximaliseren.

Wetenschappers van de Universiteit van Warwick hebben ontdekt dat de elektroden in organische zonnecellen eigenlijk maar 1% van hun oppervlak nodig hebben om elektrisch geleidend te zijn om volledig effectief te zijn. wat de deur opent naar het gebruik van een reeks composietmaterialen op het grensvlak tussen de elektroden en de lichte oogstende organische halfgeleiderlagen om de prestaties van het apparaat te verbeteren en de kosten te verlagen. De vondst, vandaag gepubliceerd (11 september), wordt gerapporteerd in Geavanceerde functionele materialen .

De academische leiding, Dr. Ross Hatton van de afdeling scheikunde van de universiteit, zei:"Er wordt algemeen aangenomen dat als je de prestaties van organische zonnecellen wilt optimaliseren, je het gebied van de interface tussen de elektroden en de organische halfgeleiders moet maximaliseren. We vroegen of dat echt waar was."

De onderzoekers ontwikkelden een modelelektrode waarmee ze systematisch het oppervlak van, en ontdekte dat wanneer maar liefst 99% van het oppervlak elektrisch geïsoleerd was, de elektrode nog steeds even goed presteert als wanneer 100% van het oppervlak geleidend was, op voorwaarde dat de geleidende gebieden niet te ver uit elkaar liggen.

Hoogwaardige organische zonnecellen hebben extra transparante lagen op de interfaces tussen de elektroden en de lichtopnemende organische halfgeleiderlaag die essentieel zijn voor het optimaliseren van de lichtverdeling in het apparaat en het verbeteren van de stabiliteit, maar moet ook ladingen naar de elektroden kunnen geleiden. Dit is een hele opgave en niet veel materialen voldoen aan al deze eisen.

Dr. Dinesha Dabera, de postdoctoraal onderzoeker van dit door Leverhulme Trust gefinancierde project, legt uit:"Deze nieuwe bevinding betekent composieten van isolatoren en geleidende nanodeeltjes zoals koolstofnanobuizen, grafeenfragmenten of metalen nanodeeltjes, zou hiervoor een groot potentieel hebben, biedt verbeterde apparaatprestaties of lagere kosten.

"Organische zonnecellen zijn bijna gecommercialiseerd, maar ze zijn er nog niet helemaal. dus alles waarmee u de kosten verder kunt verlagen en tegelijkertijd de prestaties kunt verbeteren, zal dat mogelijk maken."

Dr. Hatton, die deze week zal worden geïnterviewd door Serena Bashal van de UK Youth Climate Coalition op het British Science Festival, legt uit:"Wat we hebben gedaan, is een ontwerpregel voor dit type zonnecel demonstreren, wat veel meer mogelijkheden biedt voor materiaalkeuze in het apparaat en zo zou kunnen helpen om de commerciële realisatie ervan mogelijk te maken.''

Organische zonnecellen zijn potentieel zeer milieuvriendelijk, omdat ze geen toxische elementen bevatten en bij lage temperatuur kunnen worden verwerkt door middel van roll-to-roll depositie, kan dus een extreem lage ecologische voetafdruk hebben en een korte terugverdientijd van energie.

Dr. Hatton legt uit:"Er is een snelgroeiende behoefte aan zonnecellen die kunnen worden ondersteund op flexibele substraten die licht van gewicht en kleurafstembaar zijn. Conventionele siliciumzonnecellen zijn fantastisch voor grootschalige elektriciteitsopwekking in zonneparken en op daken van gebouwen , maar ze zijn slecht afgestemd op de behoeften van elektrische voertuigen en voor integratie in ramen van gebouwen, die niet langer nichetoepassingen zijn. Organische zonnecellen kunnen op gebogen oppervlakken zitten, en zijn zeer lichtgewicht en laag profiel.

"Deze ontdekking kan ertoe bijdragen dat deze nieuwe soorten flexibele zonnecellen sneller een commerciële realiteit worden, omdat het de ontwerpers van deze klasse zonnecellen meer keuze geeft in de materialen die ze kunnen gebruiken."