Duitse wetenschappers van het Department of Microsystems Engineering (IMTEK) en het Freiburg Materials Research Center (FMF) zijn erin geslaagd een methode te ontwikkelen voor de behandeling van het oppervlak van nanodeeltjes die de efficiëntie van organische zonnecellen aanzienlijk verbetert.

De onderzoekers wisten een efficiëntie van 2 procent te behalen door gebruik te maken van zogenaamde quantum dots die zijn samengesteld uit cadmiumselenide. Deze metingen, ruim boven de eerdere efficiëntieclassificaties van 1 tot 1,8 procent, werden bevestigd door de onderzoeksgroep "Dye and Organic Solar Cells" van het Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems bij de FMF.

De fotoactieve laag van hybride zonnecellen bestaat uit een mengsel van anorganische nanodeeltjes en een organisch polymeer. Omdat het theoretisch mogelijk is om de door de onderzoekers ontwikkelde methode op veel nanodeeltjes toe te passen, deze doorbraak opent nieuwe mogelijkheden om het rendement van dit type zonnecel nog verder te verhogen. De procedure is gepatenteerd en de resultaten zijn gepubliceerd in een recent nummer van de Technische Natuurkunde Brieven logboek.

Organische zonnecellen behoren tot de zogenaamde derde generatie zonnecellen en bevinden zich nog in de ontwikkelingsfase. Het wereldrecord voor puur organische zonnecellen, een type waarbij beide componenten van de fotoactieve laag uit organisch materiaal bestaan, ligt momenteel op 7 procent voor lagen die zijn gemaakt met natte chemische methoden. Organische zonnecellen hebben veel voordelen ten opzichte van de conventionele siliciumcellen die doorgaans worden gebruikt voor grootschalige energieproductie:ze zijn niet alleen aanzienlijk dunner en flexibeler, ze zijn ook minder duur en sneller te produceren. Ze zijn dus beter geschikt voor het voeden van alledaagse apparaten en systemen die niet constant worden gebruikt, zoals sensoren of elektrische apparaten. Op lange termijn, organische zonnecellen kunnen onze afhankelijkheid van batterijen en kabels drastisch verminderen.

De onderzoeksgroep die de baanbrekende nieuwe zonnecellen heeft ontwikkeld, is een hecht team van chemici, natuurkundigen, en ingenieurs van IMTEK en FMF. "De interdisciplinaire oriëntatie van de groep is een duidelijk voordeel en heeft geleid tot een snelle voortgang van het project. We hebben alle stappen zelf kunnen uitvoeren:van de synthese van de nanodeeltjes tot de modificatie van hun oppervlak en integratie in composiet materialen, ", zegt groepshoofd Dr. Michael Krüger. Zijn onderzoeksgroep "Nanowetenschappen" maakt deel uit van de leerstoel voor sensoren bij IMTEK, die wordt gehouden door Prof. Dr. Gerald Urban. De groep past nu de methoden die in de publicatie worden beschreven toe op andere veelbelovende materiaalsystemen - ook als onderdeel van een gezamenlijk onderzoeksproject gesponsord door het Duitse federale ministerie van Onderwijs en Onderzoek - om ze verder te verfijnen en om te vormen tot een marktklare technologie. De noodzakelijke voorwaarden voor verkoopbaarheid zijn duidelijke verbeteringen in efficiëntie, een verdere verhoging van de duurzaamheid van de materialen, en een verlaging van de productiekosten.

Het project "Quantum Dot Polymer Hybrids as Photoactive Material in Solar Cells" ontvangt financiering van de Duitse Research Foundation via de IMTEK-onderzoekstrainingsgroep "Micro Energy Harvesting".