(PhysOrg.com) -- Een team van onderzoekers van de North Carolina State University en het Verenigd Koninkrijk heeft ontdekt dat de lage snelheid van energieconversie in volledig polymere zonneceltechnologie wordt veroorzaakt door de structuur van de zonnecellen zelf. Ze hopen dat hun bevindingen zullen leiden tot de creatie van efficiëntere zonnecellen.

Polymere zonnecellen zijn gemaakt van dunne lagen elkaar doordringende structuren van twee verschillende geleidende kunststoffen en worden steeds populairder omdat ze beide potentieel goedkoper te maken zijn dan de momenteel in gebruik zijnde en kunnen worden "geverfd" of afgedrukt op verschillende oppervlakken, inclusief flexibele films gemaakt van hetzelfde materiaal als de meeste frisdrankflessen. Echter, deze zonnecellen zijn nog niet kosteneffectief om te maken omdat ze slechts een stroomconversieratio van ongeveer drie procent hebben, in tegenstelling tot het tarief van 15 tot 20 procent in de bestaande zonnetechnologie.

“Zonnecellen moeten tegelijkertijd dik genoeg zijn om fotonen van de zon te absorberen, maar hebben structuren die klein genoeg zijn om die opgevangen energie – bekend als een exciton – te laten reizen naar de plaats waar de lading wordt gescheiden en omgezet in de elektriciteit die we gebruiken, ” zegt dr. Harald Ade, hoogleraar natuurkunde en een van de auteurs van een paper waarin het onderzoek wordt beschreven. “De zonnecellen vangen de fotonen op, maar het exciton moet te ver reizen, de interface tussen de twee verschillende gebruikte kunststoffen is te ruw voor een efficiënte ladingsscheiding, en zijn energie gaat verloren.”

De resultaten van de onderzoekers verschijnen online in Geavanceerde functionele materialen en Nano-letters .

Om ervoor te zorgen dat de zonnecel het meest efficiënt is, Ade zegt, de laag die de fotonen absorbeert, moet ongeveer 150-200 nanometer dik zijn (een nanometer is duizenden keren kleiner dan de breedte van een mensenhaar). Het resulterende exciton, echter, zou slechts een afstand van 10 nanometer moeten afleggen voordat de lading wordt gescheiden. De manier waarop polymere zonnecellen momenteel zijn gestructureerd, belemmert dit proces.

Ade gaat verder, "In het onderzochte volledig polymeersysteem, de minimale afstand die het exciton moet afleggen is 80 nanometer, de grootte van de structuren gevormd in de dunne film. Aanvullend, de manier waarop apparaten momenteel worden vervaardigd, de interface tussen de structuren is niet scherp gedefinieerd, wat betekent dat de excitonen, of kosten, opgesloten raken. Er moeten nieuwe fabricagemethoden worden gevonden die zorgen voor kleinere structuren en scherpere interfaces.”

Ade en zijn team zijn van plan om naar verschillende soorten op polymeer gebaseerde zonnecellen te kijken om te zien of hun lage efficiëntie te wijten is aan hetzelfde structurele probleem. Ze hopen dat hun gegevens scheikundigen en fabrikanten ertoe zullen aanzetten om verschillende manieren te onderzoeken om deze cellen samen te voegen om de efficiëntie te verhogen.

“Nu we weten waarom de bestaande technologie niet zo goed werkt als zou kunnen, onze volgende stappen zullen zijn om te kijken naar fysische en chemische processen die deze problemen zullen corrigeren. Zodra we een basislijn van efficiëntie hebben, we kunnen onderzoeks- en productie-inspanningen ombuigen.”