Onderzoekers van Kanazawa University rapporteren in het tijdschrift Organic Electronics een nieuwe methode voor het regelen van de oriëntatie van geleidende moleculen in organische zonnecellen, wat resulteert in een verbeterde lichtadsorptie en prestatie van de cellen.

Zonnecellen zijn een kosteneffectieve, alternatieve energiebron. Een subtype hiervan, organische zonnecellen maken gebruik van organische polymeren in de cel. Het gebruik van deze polymeren maakt de cellen licht van gewicht en vergroot hun flexibiliteit. Organische zonnecellen worden geproduceerd door twee verschillende chemische methoden:droge verwerking en natte verwerking, waarbij de laatste een snellere methode is. Er zijn verschillende parameters die worden gebruikt om de efficiëntie van zonnecellen te beoordelen, waarbij absorptie van licht en transport van lading op grote schaal worden gebruikt.

Een overheersend probleem met de structuur van organische cellen is dat moleculen in de actieve organische laag die verantwoordelijk zijn voor lichtabsorptie en ladingstransport de neiging hebben om zowel naar de randen van cellen te kijken, evenals naar de lichtabsorberende ondergrond. Maximaliseren van het aantal moleculen dat naar het substraat is gericht, echter, is de sleutel tot het maximaliseren van de absorptie en geleidbaarheid van de cel. Wetenschappers hebben de droge verwerkingsmethode aangepast om een ​​dergelijke oriëntatie te bereiken, maar het is niet mogelijk geweest met de natte methode. Het onderzoeksteam onder leiding van Tetsuya Taima aan de Universiteit van Kanazawa, is de eerste die dit succesvol doet.

Het uitgangspunt van hun methode is de introductie van een koperjodide (CuI) laag tussen de actieve moleculen en het substraat. In hun studie hebben de onderzoekers gebruikten een film van actieve moleculen genaamd DRCN5T en bekleedden ze op ofwel CuI/PEDOT:PSS (30 nm)/indiumtinoxide (ITO) gemengde substraten, of substraten zonder de CuI-laag. De verhouding van naar het substraat gerichte naar de rand gerichte DRCN5T-moleculen werd vervolgens tussen beide vergeleken. Daaropvolgende beeldvorming met hoge resolutie onthulde dat de CuI-bevattende cellen actieve moleculen hadden met een tien keer hogere substraatgerichte oriëntatie, samen met verbeterde lichtabsorptie. De onderzoekers schreven deze veranderde oriëntatie van de moleculen toe aan sterke chemische interacties tussen de DRCN5T- en CuI-atomen. Om dit verder te bevestigen, DRCN5T-moleculen met omvangrijke zijketens die geen interactie hebben met CuI werden gebruikt, en een hogere substraatoppervlakverhouding werd niet gezien.

Dit is de eerste studie die effectief een methode aantoont om dergelijke efficiënte organische zonnecellen te produceren met behulp van de natte verwerkingsmethode. Naast tijdwinst, de natte methode resulteert ook in grotere filmgebieden. "Deze techniek zal naar verwachting in de toekomst een grote bijdrage leveren aan de ontwikkeling van organische dunnefilmzonnecellen die door natte verwerking worden vervaardigd", concluderen de auteurs. Hun aanpak maakt de weg vrij om sneller hoogwaardige zonnecellen te produceren.

Zonnecellen:Ook bekend als fotovoltaïsche (lichtcreërende spanning) cellen, deze apparaten zetten lichtenergie om in elektrische energie. Het werkingsprincipe van een fotovoltaïsche cel bestaat uit drie stappen. De absorptie van licht (zonlicht of kunstlicht), resulteert in de vorming van elektronen-gaten (exitons) paren. Deze paren worden vervolgens gescheiden, en elektronen worden door een actieve geleidende laag gedragen, in elektroden, waardoor er een heffing ontstaat. Dit fenomeen wordt ook wel het foto-elektrisch effect genoemd. Bij traditionele zonnecellen het geleidende materiaal is silicium. Organische fotovoltaïsche cellen hebben meestal organische polymeren in plaats van silicium. Zonnecellen parallel geschakeld, zonnepanelen maken.