Zweedse en Chinese wetenschappers hebben organische zonnecellen ontwikkeld die zijn geoptimaliseerd om omgevingslicht binnenshuis om te zetten in elektriciteit. Het vermogen dat ze produceren is laag, maar waarschijnlijk genoeg is om de miljoenen producten te voeden die het internet der dingen online zal brengen.

Naarmate het internet der dingen zich uitbreidt, naar verwachting zullen we miljoenen producten online moeten hebben, zowel in de openbare ruimte als in woningen. Veel hiervan zullen de veelheid aan sensoren zijn om vocht te detecteren en te meten, deeltjesconcentraties, temperatuur en andere parameters. Om deze reden, de vraag naar kleine en goedkope bronnen van hernieuwbare energie neemt snel toe, om de noodzaak voor frequente en dure batterijvervangingen te verminderen.

Hier komen organische zonnecellen om de hoek kijken. Ze zijn niet alleen flexibel, goedkoop te vervaardigen en geschikt voor vervaardiging als grote oppervlakken in een drukpers, ze hebben nog een voordeel:de lichtabsorberende laag bestaat uit een mengsel van donor- en acceptormaterialen, wat een aanzienlijke flexibiliteit biedt bij het afstemmen van de zonnecellen, zodat ze zijn geoptimaliseerd voor verschillende spectra - voor licht van verschillende golflengten.

Onderzoekers in Peking, China, geleid door Jianhui Hou, en Linköping, Zweden, onder leiding van Feng Gao, hebben nu samen een nieuwe combinatie van donor- en acceptormaterialen ontwikkeld, met een zorgvuldig bepaalde samenstelling, te gebruiken als actieve laag in een organische zonnecel. De combinatie absorbeert precies de golflengten van het licht dat ons in onze woonkamers omringt, in de bibliotheek en in de supermarkt.

De onderzoekers beschrijven twee varianten van een organische zonnecel in een artikel in Nature Energy ("Wide-gap non-fullereen acceptor waardoor hoogwaardige organische fotovoltaïsche cellen voor binnentoepassingen mogelijk worden"), waarbij één variant een oppervlakte heeft van 1 cm ² en de andere 4 cm ² . De kleinere zonnecel werd blootgesteld aan omgevingslicht met een intensiteit van 1000 lux, en de onderzoekers zagen dat maar liefst 26,1 procent van de energie van het licht werd omgezet in elektriciteit. De organische zonnecel leverde meer dan 1000 uur een hoge spanning van boven de 1 V in omgevingslicht dat varieerde tussen 200 en 1000 lux. De grotere zonnecel behield nog steeds een energie-efficiëntie van 23 procent.

"Dit werk geeft een grote belofte aan dat organische zonnecellen op grote schaal in ons dagelijks leven zullen worden gebruikt voor het aandrijven van het internet der dingen, " zegt Feng Gao, hoofddocent bij de afdeling Biomoleculaire en Organische Elektronica aan de Universiteit van Linköping.

"We zijn ervan overtuigd dat de efficiëntie van organische zonnecellen de komende jaren verder zal worden verbeterd voor toepassingen met omgevingslicht, omdat er nog veel ruimte is voor optimalisatie van de materialen die in dit werk worden gebruikt, "Jianhui Hou, hoogleraar aan het Instituut voor Chemie, Chinese Wetenschapsacademie, onderstreept.

Het resultaat is een verdere vooruitgang in het onderzoek op het gebied van organische zonnecellen. In de zomer van 2018, bijvoorbeeld, de wetenschappers, samen met collega's van een aantal andere universiteiten, gepubliceerde regels voor de constructie van efficiënte organische zonnecellen. Het artikel verzamelde 25 onderzoekers van zeven universiteiten, en werd gepubliceerd in Natuur Energie . Het onderzoek werd geleid door Feng Gao. Deze regels hebben hun nut bewezen op de hele weg naar efficiënte zonnecellen voor gebruik binnenshuis.

Spin-off bedrijf

De onderzoeksgroep Biomoleculaire en Organische Elektronica aan de Universiteit van Linköping, onder leiding van Olle Inganäs (nu emeritus hoogleraar), is al jaren wereldleider op het gebied van organische zonnecellen. Een paar jaar geleden, Olle Inganäs en zijn collega Jonas Bergqvist, die co-auteur is van de artikelen in Nature Materials en Nature Energy, Gesticht, en zijn nu mede-eigenaar van een bedrijf, die zich richt op het commercialiseren van zonnecellen voor gebruik binnenshuis.