Nieuwe huizen kunnen binnenkort een langverwachte belofte waarmaken en ramen of dakpannen bevatten die zonne-energie oogsten, onderzoek uitgevoerd bij KAUST suggereert.

Derya Baran, in het KAUST Solar Center, en haar collega's hebben een fotovoltaïsch organisch materiaal ontwikkeld dat licht efficiënt opvangt en dat mogelijk op bouwmaterialen kan worden aangebracht.

Traditionele dak-gemonteerde zonnepanelen zijn gemaakt van platen van silicium, maar organische moleculen kunnen ook energie uit zonlicht opvangen. Deze moleculen zouden kunnen worden geformuleerd als goedkope bedrukbare inkten die worden aangebracht op reguliere bouwcomponenten zoals ramen. Het omzetten van zonlicht in elektriciteit is een proces dat uit meerdere stappen bestaat, en de sleutel tot het ontwikkelen van hoogwaardige organische fotovoltaïsche materialen was het vinden van organische moleculen die goed zijn in elke stap, Baran legt het uit.

Als licht op een organisch fotovoltaïsch materiaal valt, slaat het een elektron los, een positief geladen gat achterlatend. Als het tegengesteld geladen elektron en het gat recombineren, de opgevangen energie gaat verloren. Dus, organische zonnecellen bevatten een mengsel van elektronendonor- en elektronenacceptormoleculen om de ladingen uit elkaar te trekken.

"Toen ik in 2015 aan mijn postdoctorale studie begon, er was veel hype over fullereen buckyball-derivaten als acceptanten, en recordrendementen waren ongeveer 10-11 procent met slechte stabiliteiten, " herinnert Baran zich. Maar fullerenen hebben verschillende nadelen - niet in de laatste plaats, relatief slechte lichtabsorptie - dus Baran heeft nonfullereenacceptoren onderzocht. "Nu worden efficiëntieverbeteringen tot 17 procent gerapporteerd, " zegt ze. "Ik geloof dat deze acceptanten de toekomst van organische fotovoltaïsche energie zullen bepalen."

De nonfullereenacceptor, bekend als EHIDTBR, beoordeeld door Baran en haar collega's biedt verschillende voordelen:Het team toonde aan dat naast het sterk absorberen van zichtbaar licht, het mengde goed met de elektronendonorcomponent, wat belangrijk is voor stabiliteit en prestaties op lange termijn.

EHIDTBR was ook zeer efficiënt in het dissociëren van excitonen en het voorkomen van recombinatie - een eigenschap die zou moeten zorgen voor gemakkelijke productie, zegt Baran. In materialen waar de recombinatie hoog is, de lichtoogstlaag moet zeer dun zijn zodat de ladingen snel de elektrodelaag bereiken, het minimaliseren van hun kans om te recombineren. Maar deze ultradunne lagen zijn een uitdaging om te vervaardigen. "Dikkere films zijn gemakkelijker te printen, vooral wanneer ze moeten worden opgeschaald voor productie, ' zegt Baran.

Het opschalen van de technologie is de volgende stap van het team, voegt Baran toe. "We hebben een spin-out bedrijf van KAUST Solar Center en via dit bedrijf willen we fotovoltaïsche ramen maken voor elektriciteitsopwekking."