Conventionele stijve zonnecellen op basis van silicium die over het algemeen op de markt worden gevonden, zijn niet geschikt voor het vervaardigen van vormbare dunnefilmzonnecellen, waarin een transparante, flexibele en elektrisch geleidende elektrode vangt het licht op en voert de stroom af. Een door Empa ontwikkelde geweven polymeerelektrode heeft nu eerste resultaten opgeleverd die veelbelovend zijn, wat aangeeft dat het nieuwe materiaal een vervanging kan zijn voor indiumtinoxidecoatings.

De schaarste aan grondstoffen en het toenemende gebruik van zeldzame metalen maken elektronische componenten en apparaten steeds duurder. Dergelijke zeldzame metalen worden gebruikt, bijvoorbeeld, om de transparante elektroden te maken die te vinden zijn in touchscreen-displays van mobiele telefoons, vloeibaar-kristalvertoningen, organische leds en dunnefilmzonnecellen. Het materiaal bij uitstek in deze gevallen is indiumtinoxide (ITO), een grotendeels transparant gemengd oxide. Omdat ITO relatief duur is, echter, het is oneconomisch om te gebruiken in toepassingen met een groot oppervlak, zoals zonnecellen.

De zoektocht naar alternatieven

Er bestaan ​​indiumvrije transparante oxiden, maar nu de vraag ernaar toeneemt, worden ook zij schaars. In aanvulling, de belangrijkste nadelen zoals broosheid blijven. De zoektocht naar alternatieve coatings die zowel transparant als elektrisch geleidend zijn, is dan ook intens, met materialen zoals geleidende polymeren, koolstofnanobuisjes of grafenen die onder de loep worden genomen. Op koolstof gebaseerde elektroden, echter, vertonen over het algemeen overmatige oppervlakteweerstandswaarden, waardoor ze slechte elektrische geleiders zijn. Als een metalen rooster in de organische laag wordt geïntegreerd, het vermindert niet alleen de weerstand, maar ook de mechanische stabiliteit. Als een zonnecel van dit materiaal wordt gebogen, de elektrodelagen breken en zijn niet meer geleidend. De uitdaging bestaat dus uit het vervaardigen van flexibele maar stabiele geleidende substraten, idealiter in een kosteneffectief industrieel walsproces.

Eén oplossing:geweven elektroden

Een bijzonder veelbelovende mogelijkheid is het gebruik van een transparant flexibel geweven polymeer, die Empa samen met het bedrijf Sefar AG heeft ontwikkeld in een project dat financieel wordt ondersteund door de Zwitserse Commissie voor Technologie en Innovatie (CTI). Sefar, die gespecialiseerd is in precisiestoffen, kan het geweven polymeer economisch en in grote hoeveelheden produceren met behulp van een roll-to-roll-proces vergelijkbaar met de manier waarop kranten worden gedrukt. In het materiaal geweven metaaldraden zorgen ervoor dat het elektrisch geleidend is. In een tweede processtap wordt het materiaal ingebed in een inerte plastic laag die niet, echter, bedek de metalen filamenten volledig, waardoor de geleidbaarheid behouden blijft. De resulterende elektrode is transparant, stabiel en toch flexibel. De Empa-onderzoekers brachten vervolgens een reeks coatings aan op dit nieuwe substraat om een ​​nieuwe organische zonnecel te creëren waarvan de efficiëntie compatibel is met conventionele ITO-gebaseerde cellen. In aanvulling, de geweven elektrode is aanzienlijk stabieler wanneer vervormd dan commercieel verkrijgbare flexibele plastic substraten waarop een dunne laag geleidende ITO is aangebracht.