Organische zonnecellen (OSC's) hebben hun efficiëntie tot boven de 10 procent gebracht om een ​​levensvatbaar niveau voor commercialisering te bereiken. Echter, de toename van de fotoactieve laagdikte heeft geleid tot lagere efficiëntieniveaus, wat daarom veel complex productieproces met zich meebrengt.

Een onderzoeksteam, geleid door professor Changduk Yang en zijn onderzoeksteam in de School of Energy and Chemical Engineering van UNIST, heeft een nieuwe methode geïntroduceerd die problemen kan oplossen die verband houden met de dikte van de fotoactieve lagen in OSC's. In de studie, slaagden de onderzoekers erin een rendement van 12,01 procent te behalen in de organische zonnecellen, met behulp van een non-fullerance acceptor (IDIC) in de fotoactieve laag. Bovendien, de nieuwe fotoactieve laag behield zijn aanvankelijke efficiëntie, zelfs wanneer de maximaal gemeten dikte in het bereik van 300 nm ligt. Dit zal het ontwerpproces helpen versnellen, evenals de verdere commercialisering van OSC's.

"Fotoactieve lagen in de bestaande OSC's zijn vrij dun (100 nm), en daarom was het onmogelijk om ze te verwerken via een afdrukproces voor grote oppervlakken, " zegt professor Yang. "De nieuwe fotoactieve laag behield zijn aanvankelijke efficiëntie, zelfs wanneer de maximaal gemeten dikte in het bereik van 300 nm ligt."

Conventionele zonnecellen zijn anorganische zonnecellen die zijn gemaakt van silicium (Si) halfgeleiders. Hoewel deze zonnecellen zeer efficiënt en stabiel zijn, ze zijn inflexibel en duur, dus uitdagend om te produceren. Daarom, in recente jaren, lichtgewicht organische zonnecellen (OSC's) en perovskiet-zonnecellen hebben veel aandacht gekregen als veelbelovende kandidaten voor zonnecellen van de volgende generatie.

Hoewel OSC's een hoge stabiliteit en reproduceerbaarheid vertonen, het efficiëntieniveau van OSC's is lang niet zo hoog als dat van de perovskiet-zonnecellen. In de studie, Professor Yang heeft de problemen opgelost die verband houden met de dikte van de fotoactieve lagen in OSC's, daarmee een stap dichter bij de realisatie van een grootvlakdrukproces.

Fotoactieve lagen die in zonnecellen worden gebruikt, zetten zonne-energie om in elektrische energie. Wanneer deze lagen worden blootgesteld aan zonlicht, de aangeslagen elektronen ontsnappen uit het atoom en genereren vrije elektronen en gaten in een halfgeleider. Hier, de elektrische energie wordt geleverd door de beweging van elektronen en gaten. De overdracht van elektronen wordt 'Kanaal I' genoemd, terwijl de beweging van gaten 'Channel II' wordt genoemd.

"Op fullereen gebaseerde zonnecellen gebruiken alleen 'kanaal I vanwege inefficiënte lichtabsorptie in de dunne actieve lagen, " zegt Sang Myeon Lee in het gecombineerde MS/Ph.D.-programma aan de School of Energy and Chemical Engineering van UNIST, de eerste auteur van de studie. "Nieuwe zonnecellen kunnen zowel kanaal I als kanaal II gebruiken, waardoor een hoog rendement van 12,01 procent wordt gerealiseerd."

"Deze studie benadrukt het belang van het optimaliseren van de afweging tussen ladingsscheiding/transport en domeingrootte om hoogwaardige NF-PSC's te bereiken, ", zegt professor Yang. "We zullen in de toekomst bijdragen aan de productie en commercialisering van hoogrenderende organische zonnecellen."

"Onze studie presenteert een nieuwe route voor de synthese van niet-fullereen fotoactieve materialen, " zegt professor Yang. "We hopen verder bij te dragen aan de productie en commercialisering van zeer efficiënte OSC's-cellen."