Onderzoekers van Kanazawa University hebben gedetailleerd onderzoek gedaan naar de moleculaire mechanismen waardoor organische zonnecellen schade oplopen als ze worden blootgesteld aan zonlicht. Dit onderzoek heeft belangrijke implicaties voor de ontwikkeling van zonnepanelen van de volgende generatie die een hoog rendement, goedkoop, en een lange levensduur van het apparaat.

Zonne-energie vormt een belangrijk onderdeel van toekomstige duurzame energieoplossingen. historisch, zonnepanelen zijn meestal inefficiënt of te duur voor de meeste huiseigenaren om te overwegen om te installeren. Een nieuwe klasse zonnecellen die lagen van op koolstof gebaseerde polymeren gebruikt, biedt een efficiëntie tot 10% - wat als het minimum wordt beschouwd voor praktisch gebruik - tegen een betaalbare prijs. Het belangrijkste resterende obstakel voor een brede acceptatie van deze nieuwe fotovoltaïsche systemen is de korte levensduur van deze apparaten, omdat cumulatieve schade door de zon de neiging heeft om hun prestaties aan te tasten. Vanwege het meerlagige karakter van de apparaten, het is vaak moeilijk om moleculaire mechanismen te identificeren waardoor deze achteruitgang van de werkzaamheid in de loop van de tijd optreedt.

Nutsvoorzieningen, gebaseerd op de resultaten van stroom-spanningscurven, impedantie spectroscopie, en UV-VIS-spectrofotometrie, een onderzoeksteam van Kanazawa University heeft een belangrijke factor vastgesteld die kan leiden tot verminderde prestaties. Net zoals je op koolstof gebaseerde huidcellen na een dag op het strand een vervelende zonnebrand kunnen krijgen door het ultraviolette licht van de zon, de onderzoekers ontdekten dat de fragiele organische moleculen in de halfgeleidende laag kunnen worden beschadigd door blootstelling.

"We ontdekten dat schade door UV-licht de elektrische weerstand van de organische halfgeleiderlaag verhoogde, ", zegt eerste auteur Makoto Karakawa. Dit leidde tot een verminderde stroomtoevoer en dus een algehele afname van de efficiëntie. Met behulp van een methode die bekend staat als matrix-ondersteunde laserdesorptie/ionisatie time-of-flight, de onderzoekers bepaalden de waarschijnlijke afbraakproducten van zonneschade. Wanneer sommige zwavelatomen in de materialen worden vervangen door zuurstofatomen uit de atmosfeer, de moleculen functioneren niet meer zoals bedoeld.

"Hoewel nieuwe organische halfgeleidermaterialen ons in staat hebben gesteld om de algehele efficiëntie drastisch te verhogen, we ontdekten dat ze kwetsbaarder zijn voor UV-schade, " legt senior auteur Kohshin Takahashi uit. Op basis van dit begrip, het is misschien mogelijk om robuustere apparaten te ontwerpen die nog steeds hun hoge energieconversieratio behouden, wat een belangrijke stap is om van zonne-energie een nog groter aandeel in de opwekking van duurzame energie te maken.