Een moleculaire tweak heeft de prestaties van organische zonnecellen verbeterd, brengt ons dichter bij goedkoper, efficiënt, en gemakkelijker te vervaardigen fotovoltaïsche installaties. De nieuwe ontwerpbenadering, gericht op de moleculaire ruggengraat van de energieopwekkende laag van de cel, is ontwikkeld door wetenschappers van het Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) van de Universiteit van Kyoto en gepubliceerd in het tijdschrift Chemische Wetenschappen .

Verwacht wordt dat organische fotovoltaïsche zonnecellen de volgende generatie zonnecellen zullen worden, omdat ze goedkopere componenten gebruiken, en zijn lichter, flexibel en gemakkelijk te vervaardigen in vergelijking met de huidige anorganische zonnecellen.

"Er is een groeiende bezorgdheid over het gebruik van fossiele brandstoffen en hun milieueffecten, " zegt Hiroshi Imahori, een moleculair ingenieur bij iCeMS die het werk leidde met collega Tomokazu Umeyama. "We moeten hard werken om duurzame energiesystemen te verbeteren."

De stroomopwekkende laag in organische fotovoltaïsche cellen bevat moleculen die elektronen afstaan ​​of accepteren. Door deze dunne laag wordt licht geabsorbeerd, de moleculen opwinden, die ladingen genereren die vervolgens een elektrische stroom vormen. Maar om licht efficiënt om te zetten in elektriciteit, de elektron-accepterende component moet opgewonden blijven.

Eén type organische cel is erg goed in het absorberen van een breed spectrum van licht, maar blijft niet lang enthousiast. Om dit aan te pakken, Imahori, Umeyama en hun collega's in Japan richtten zich op de moleculaire ruggengraat van de elektronenaccepterende component van de cel. specifiek, ze vervingen een centrale ring door een molecuul genaamd thienoazacoroneen, het creëren van een nieuw molecuul genaamd TACIC.

Net als zijn voorganger, TACIC absorbeerde een breed spectrum van zichtbaar en nabij-infrarood licht. aanzienlijk, het handhaafde zijn aangeslagen toestand 50 keer langer, het omzetten van meer dan 70% van de lichtdeeltjes in stroom. Het ontwerp heeft dit bereikt door de trillingen en rotatie te stabiliseren die normaal optreden wanneer licht wordt geabsorbeerd, kinetische energie te besparen en intermoleculaire interactie te vergemakkelijken.

De cel heeft nog steeds een stroomconversie-efficiëntie van iets minder dan 10%, wat vergelijkbaar is met andere organische zonnecellen die worden onderzocht. Het team is van mening dat aanpassingen aan de zijketens en de kernstructuur van het thienoazacoroneenmolecuul de efficiëntie van organische fotovoltaïsche energie verder kunnen verbeteren.