Organische zonnecellen (OSC's), die gebruik maken van organische materialen om zonlicht om te zetten in elektriciteit, zijn een aantrekkelijke kandidaat voor toekomstige fotovoltaïsche energie. Dit komt door verschillende van hun gewenste eigenschappen, zoals hun lichte gewicht, flexibiliteit, kneedbaarheid en, belangrijker nog, hoge energieconversie-efficiëntie (PCE). Dergelijke eigenschappen maken ze ideaal voor een breed scala aan toepassingen.

Ondanks hun enorme commercialiseringspotentieel is er echter een addertje onder het gras. De meeste OSC's worden geproduceerd met behulp van een techniek genaamd "spin coating", die hoge PCE's mogelijk maakt, maar zorgt voor een slechte schaalbaarheid. Bovendien gebruiken OSC's met flexibele elektroden indiumtinoxide (ITO), waardoor ze duur en te kwetsbaar zijn voor het realiseren van modules met een groot oppervlak. Om de commerciële belofte van OSC's waar te maken, moeten ze dus hun afhankelijkheid van ITO overwinnen.

Dit is waar Dr. Hongkyu Kang en Prof. Kwanghee Lee van het Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) in Korea binnenkomen. In hun artikel in Advanced Energy Materials ze introduceerden een nieuwe methode om OSC's te maken met behulp van zinkoxide (ZnO) die de problemen van kosten en schaalbaarheid overwon zonder de PCE te omvatten.

Dit onderzoek was met name het resultaat van een samenwerking tussen de industrie en de universiteit, waarbij GIST de oorspronkelijke technologie voor het eerst in Korea ontwikkelde en deze overdroeg aan MSWAY Co., Ltd., dat volledig afhankelijk was geweest van buitenlandse invoer als binnenlandse productie van ITO-gebaseerde elektroden was onpraktisch. Met de nieuwe technologie zal naar verwachting een waardeketen worden opgezet voor de commercialisering van OSC's met bouw- en apparatuurbedrijven, waardoor de waarde van gezamenlijk onderzoek tussen de industrie en de universiteit wordt versterkt.

Het team gebruikte gesputterde ZnO en een ZnO-nanodeeltjeslaag verkregen door een "blade coating" -techniek om een ​​uniforme dubbellaag op een ultradunne zilverfilmelektrode te creëren. "De ultradunne zilverfilmelektrode met ZnO-dubbellaag heeft de flexibiliteit, bevochtigbaarheid en hoge oppervlakte-energie van ITO, maar is niet broos of duur. Dit maakt het gemakkelijker om ZnO te gebruiken voor de productie van organische zonnecellen en het ontwikkelen van een printtechnologie voor zonne-energie celtechnologie", zegt Dr. Kang.

De nieuwe op twee lagen gebaseerde ZnO-OSC's vertoonden een efficiëntie van 7,67% voor een moduleoppervlak van 528 cm ² , waardoor het de meest efficiënte OSC voor grote oppervlakken is in vergelijking met eerder onderzoek. Dit was te wijten aan de vermindering van "recombinatie" van ladingsdragers in OSC's door de kristallijne ZnO-nanodeeltjes die op hun beurt hun nullastspanning, d.w.z. PCE, verbeterden.

De creatie van deze ITO-vrije OSC's met een groot oppervlak en dezelfde flexibiliteit en efficiëntie als die van ITO-gebaseerde OSC's kan een game changer zijn voor de toekomst van zonneceltechnologie. "Onze methode opent deuren naar het commerciële gebruik van deze OSC's, zoals hun integratie in muren en ramen van gebouwen om zelfvoorzienende gebouwen te realiseren", zegt prof. Lee. De superioriteit van OSC's voor grote oppervlakten in termen van commercieel potentieel en efficiëntie kan een nieuw tijdperk van energieopwekking inluiden en ons helpen in de strijd tegen klimaatverandering. + Verder verkennen

Asymmetrische substitutie van eindgroepen helpt bij het verkrijgen van efficiënte organische zonnecellen met volledig kleine moleculen