Het grootste obstakel voor het gebruik van zonne-energie is de te hoge prijs van zonnecellen gemaakt van anorganische halfgeleiders. In tegenstelling tot, zonnecellen op basis van halfgeleidende polymeren zijn betaalbaar, licht, dun, en flexibel -- maar hun prestaties lieten te wensen over. Een team onder leiding van Chain-Shu Hsu van de National Chaio Tung University en Yuh-Lin Wang van de Academia Sinica in Taiwan heeft nu een nieuwe aanpak ontwikkeld die fullereen-nanostaafjes gebruikt om de effectiviteit van op polymeren gebaseerde zonnecellen aanzienlijk te vergroten. Ze introduceren hun werk in het tijdschrift Angewandte Chemie .

In de fotoactieve laag van een zonnecel, lichtenergie maakt elektronen vrij. Dit laat positief geladen gaten of "gaten" achter. Elektronen en gaten moeten snel en efficiënt worden gescheiden, of ze recombineren en verminderen het vermogen van de zonnecel. Het rendement van een zonnecel hangt dus af van hoe goed de resulterende lading wordt weggeleid en naar de elektroden wordt getransporteerd.

In polymere zonnecellen, het is mogelijk om een ​​efficiëntere ladingsscheiding te bereiken door toevoeging van acceptoren, zoals fullerenen, die elektronen opnemen. Een veelbelovend concept is om de acceptormoleculen in te bedden in een ongeordende matrix gemaakt van fotoactieve polymeerketens. Het grensvlak tussen de twee componenten wordt zo over de hele laag gespreid. Dit construct staat bekend als een "bulk-hetero-contact". Na het scheiden van de lading, de elektronen en gaten bevinden zich in verschillende moleculaire systemen, die ze selectief naar tegenoverliggende elektroden transporteren.

Het probleem is dat de twee materialen niet gelijkmatig zijn verdeeld. De reisroutes voor de aanklacht zijn dus ongeordend, waardoor gaten en elektronen elkaar gemakkelijk kunnen ontmoeten. In aanvulling, ladinggescheiden eilanden kunnen voorkomen. De oplossing zou een “besteld bulk-hetero contact” zijn, een periodieke structuur van verticaal gerichte, interpenetrerende gebieden van beide materialen. Elektronen en gaten zouden dan rechte paden hebben die elkaar niet kruisen. Echter, het was voorheen niet mogelijk om met dit principe een effectieve fotolaag te maken, omdat de componenten niet moleculair vermengd zijn, waardoor de elektronenbanen te lang zijn om een ​​effectieve ladingsscheiding te produceren.

De Taiwanese onderzoekers besloten de twee structurele principes te combineren. Door gebruik te maken van een nanogietproces, ze produceerden een laag verticaal georiënteerde nanostaafjes uit een verknopend polymeer fullereenmateriaal. De ruimtes tussen de staven werden gevuld met een mengsel gemaakt van een fotoactief polymeer en een fullereen. Deze laag zorgt voor een effectieve ladingsscheiding, en de interpenetratie van de fullereen nanostaafjes zorgt voor een geordend - en dus effectief - ladingstransport. Zonnecellen gemaakt met deze nieuwe gecombineerde fotolaag zijn stabiel en leveren verbazingwekkend hoge prestaties.