De markt voor organische zonnecellen zal tussen 2017 en 2020 naar verwachting met meer dan 20% groeien, aangedreven door voordelen ten opzichte van traditionele siliciumzonnecellen:ze kunnen op grote schaal worden geproduceerd met behulp van roll-to-roll-verwerking; de materialen waaruit ze bestaan, kunnen gemakkelijk in de aarde worden gevonden en kunnen via groene chemie op zonnecellen worden toegepast; ze kunnen semi-transparant zijn en daarom minder visueel opdringerig, wat betekent dat ze op ramen of schermen kunnen worden gemonteerd en ideaal zijn voor mobiele apparaten; ze zijn ultraflexibel en kunnen uitrekken; en ze kunnen ultralicht zijn.

In tegenstelling tot silicium zonnecellen, echter, organische cellen zijn zeer kwetsbaar voor vocht, zuurstof en zonlicht zelf. State-of-the-art sanering omvat het inkapselen van de cel, wat bijdraagt ​​aan de productiekosten en het gewicht per eenheid, terwijl de efficiëntie wordt verminderd.

Onderzoekers van de Tandon School of Engineering van de New York University hebben een opmerkelijke manier ontdekt om organische zonnepanelen robuuster te maken, inclusief het verlenen van weerstand tegen zuurstof, water en licht door het tegenovergestelde te doen:verwijderen, niet toevoegen, materiaal.

Het team, onder leiding van André Taylor, hoogleraar chemische en biomoleculaire engineering aan de NYU Tandon School of Engineering, en met inbegrip van Jaemin Kong, een postdoctoraal onderzoeker aan de NYU, en onderzoekers van het Transformative Materials and Devices-lab van Yale University, voerden het moleculaire equivalent van ontharing uit door te waxen:ze gebruikten een plakband om de elektronenaccepterende moleculen - het geconjugeerde fullereenderivaat fenyl-C61-boterzuurmethylester (PCBM) - van het bovenste oppervlak van de fotoactieve laag van het zonnestelsel te verwijderen. cel, waardoor alleen niet-reactieve organische polymeren worden blootgesteld. Een van de belangrijkste boosdoeners bij degradatie van het apparaat is de oxidatie van deze fullereenderivaten. Het verwijderen van PCBM van het blootgestelde filmoppervlak vermindert de kans op ontmoetingen met oxidatiebronnen zoals zuurstofmoleculen en water, de laatste is vooral schadelijk voor PCBM.

In onderwater organische zonnecellen via selectieve verwijdering van elektronenacceptoren nabij de bovenste elektrode, een omslagverhaal in het aprilnummer van ACS Energiebrieven , het team testte een organische cel waarvan de actieve laag een mengsel is van PCBM en het veerkrachtigere geconjugeerde polymeer, poly(3-hexylthiofeen) (P3HT). Na het aanbrengen van de plakband op het oppervlak van de fotoactieve laag van de film, ze behandelden de cel met hitte en druk, en, zodra de film was teruggekeerd naar kamertemperatuur, verwijder langzaam de tape van het filmoppervlak.

Nadien, slechts zes procent van de PCBM-acceptorcomponenten bleef over, volgens de rechercheurs het creëren van een polymeerrijk oppervlak. Ze legden uit dat dit het contact van de fullereen-elektronenacceptoren met zuurstof- en watermoleculen minimaliseerde, terwijl het polymeerrijke oppervlak de hechting tussen de fotoactieve laag en de bovenste metalen elektrode dramatisch verbeterde, ?wat toevallig een ander probleem is dat gepaard gaat met flexie:delaminatie van de elektrode.

"Onze resultaten tonen eindelijk aan dat de selectieve verwijdering van elektronenacceptoren nabij de bovenste elektrode leidt tot zeer duurzame organische zonnecellen die zelfs onder water kunnen functioneren zonder inkapseling, " zei Taylor.

Kong toegevoegd, "We hebben aangetoond hoe lang de cel meegaat onder blootstelling aan water zonder significant efficiëntieverlies, "zei Kong. ""Bovendien, met behulp van onze tapestriptechniek kunnen we de compositieverdeling in verticale richting van de fotoactieve laag regelen, wat leidt tot een betere ladingsextractie uit de zonnecellen."

Taylor zei dat stresstests na de procedure het onderwerpen van de zonne-units aan 10, 000 buigcycli om aan te tonen dat de techniek robuust is. Hij legde uit dat het ook waterbestendigheid verleent aan organische zonnecellen, een zegen voor producten zoals duikhorloges op zonne-energie.

"Maar als je kijkt naar de voor de hand liggende use case voor zonnepanelen, je moet ervoor zorgen dat organische fotovoltaïsche energie kan concurreren met silicium op daken, bij regen en sneeuw. Dit is waar organische zonnecellen al lang niet meer kunnen concurreren. We tonen een weg om dit mogelijk te maken, " zei Taylor.