Verwacht wordt dat inkjetprinten de commercialisering van organische zonnecellen zal versnellen. Onderzoekers van het KAUST Solar Center hebben deze techniek gebruikt om op grote schaal hoogrenderende zonnecellen te genereren.

Organische fotovoltaïsche materialen kunnen binnenkort anorganische halfgeleiders in apparaten op zonne-energie vervangen vanwege hun lichtheid, flexibiliteit en lage kosten. Deze materialen zijn gemakkelijk te wijzigen en in oplossing te verwerken, waardoor ze zeer aantrekkelijk zijn voor maatwerk en grootschalige productie. Vooral, aangepaste zonnecelontwerpen kunnen worden gebruikt in combinatie met andere gedrukte elektronica om een ​​overvloed aan toepassingen aan te drijven, zoals wegwerpelektronica, intelligente verpakking, interactieve gedrukte media en lab-on-a-chip-apparaten.

Nonfullereenacceptoren zijn opkomende materialen die hebben bijgedragen aan het verhogen van de efficiëntie van organische zonnecellen in de buurt van commercialisering. Deze componenten worden typisch gemengd met elektronendonoren in een op licht reagerende elektrochemische laag. Ze zijn effectief gebleken om de door licht gegenereerde elektronenparen en negatief geladen gaten uit elkaar te trekken en de elektrische stroom te behouden bij blootstelling aan zonlicht. Echter, uitdagingen op het gebied van opschaling en productie hebben de inspanningen om deze materialen van het laboratorium naar industriële en gebruiksklare weegschalen over te brengen, belemmerd.

Om deze kloof te overbruggen, Derya Baran en haar collega's hebben inkjet-printbare zonnematerialen ontwikkeld die een niet-fullereenacceptor bevatten en deze inkten op grote oppervlakken aangebracht om fotovoltaïsche cellen te produceren. De resulterende apparaten behaalden een efficiëntie van zes procent, wat vergelijkbaar is met de efficiëntie van hun spin-gecoate analogen.

doctoraat kandidaat Daniel Corzo legt uit dat inkjetprinten verschillende voordelen biedt ten opzichte van traditionele spin-coating en blade-coating depositietechnieken, inclusief een laag materiaalverbruik en snelle ontwerpwijzigingen via digitale platforms. "Dit maakt productie tegen lage kosten mogelijk, patronen in complexe vormen, en meerlagige apparaatfabricage zonder de noodzaak van meerstapslithografie, " hij voegt toe.

De onderzoekers optimaliseerden het printproces door de viscositeit en het verdampingsgedrag van de inkt af te stemmen om zowel de manier waarop de druppeltjes werden uitgeworpen als de interactie met het substraatoppervlak te verbeteren. Volgens Corzo deze optimalisatie heeft gezorgd voor een herhaalbaar en commercieel schaalbaar proces.

Het team van Baran heeft ook zeer efficiënte schildpadvormige apparaten gefabriceerd, waaruit blijkt dat het proces op maat gemaakt kan worden. "Het is verbazingwekkend dat we nu met een druk op de knop zonnecellen met complexe vormen kunnen maken, de deur openen naar een breed scala aan toepassingen, ' zegt Corzo.

De onderzoekers ontwikkelen momenteel volledig bedrukte organische zonnecellen en verbeteren de celefficiëntie met behulp van hoogwaardigere materialen. Ze onderzoeken ook manieren om de apparaten in modules en met andere gedrukte elektronica te integreren voor zelfaangedreven autonome detectie.