Een driecomponenten lichtoogstlaag verhoogt de prestaties in een organische zonnecel.

Het toevoegen van één extra ingrediënt aan de lichtvangende laag van een opkomende zonneceltechnologie kan alle aspecten van de energie-oogstprestaties aanzienlijk verbeteren, KAUST-onderzoekers hebben aangetoond.

Het team ontwikkelt een alternatief voor silicium zonnetechnologie, organische zonnecellen genaamd. die kunnen worden verwerkt tot inkten voor goedkope productie. Hoewel organische zonnecellen nog niet helemaal overeenkomen met de lichtopname-efficiëntie van siliciumcellen, het driecomponentenontwerp brengt ze een flinke stap dichterbij.

Er zijn aanzienlijke winsten geboekt in de prestaties van organische zonnecellen als gevolg van een heroverweging van hun formulering. Typisch, de cellen bestaan ​​uit twee lichtvangende moleculen:de ene een elektronendonor en de andere een elektronenacceptor, die helpen bij het uit elkaar halen van de elektrische ladingen die worden gegenereerd wanneer licht op het materiaal valt. Vroege organische zonnecellen gebruikten moleculen genaamd fullerenen als elektronenacceptor, maar deze materialen hadden een prestatieplateau bereikt.

"De opkomst van nonfullereenacceptoren opende een nieuwe horizon, het verhogen van de gecertificeerde stroomconversie-efficiëntie van 10,9 procent naar 15,6 procent in slechts vier jaar, " zegt Xin Song, een afgestudeerde student in de onderzoeksgroep van Derya Baran in het KAUST Solar Center.

Een meer recente innovatie is het toevoegen van een kleine hoeveelheid van een derde component - ofwel een extra elektronenacceptor of een extra elektronendonor - aan het organische lichtoogstmengsel. De derde component kan de verwerkbaarheid verbeteren en een kwalitatief betere, high-performance licht-oogstende laag. Alternatief, het kan lichtenergie absorberen bij golflengten die complementair zijn aan de andere twee componenten in het mengsel.

Nutsvoorzieningen, Baran, Song en hun medewerkers hebben een derde component geïdentificeerd die tegelijkertijd beide aspecten van de apparaatprestaties verbetert. Het team nam een ​​tweede elektronendonor op, BIT-4F-T genaamd, in een organisch zonnemateriaal. Dit molecuul is om verschillende redenen gekozen, Song legt uit:het diepe ionisatiepotentieel, wat de elektronische eigenschappen van de cel ten goede komt; de complementaire lichtabsorptie om meer licht te oogsten; en zijn hoge kristalliniteit, wat de verwerkbaarheid verbetert.

Samen, deze verbeteringen verhoogden de prestaties van de zonnecel met 15 procent in vergelijking met het tweecomponentenmengsel, waardoor het een totale energieconversie-efficiëntie van zonne-energie van 14 procent kan bereiken. Cellen die BIT-4F-T bevatten, behielden in de loop van de tijd ook aanzienlijk meer prestaties.

Het team is van plan om te onderzoeken of het driecomponentenmateriaal kan worden geproduceerd met een productievriendelijke, grootschalige coatingtechnologie met behoud van superieure apparaatstabiliteit, Lied zegt. De onderzoekers gaan het materiaal ook testen in een tandemzonnecel, coating van het ternaire organische mengsel op een ander zonnemateriaal. "Van onze simulatie, de tandemconfiguratie zal de efficiëntie met meer dan 17 procent verhogen, " zegt Lied.