(PhysOrg.com) -- Organische zonnecellen kunnen een stap dichter bij de markt komen vanwege metingen die zijn uitgevoerd door het National Institute of Standards and Technology (NIST) en het U.S. Naval Research Laboratory (NRL), waar een team van wetenschappers een beter fundamenteel begrip heeft ontwikkeld van hoe de prestaties van de cellen kunnen worden geoptimaliseerd.

Prototype zonnecellen gemaakt van organische materialen liggen momenteel ver achter bij conventionele op silicium gebaseerde fotovoltaïsche cellen in termen van elektriciteitsproductie. Maar als er zelfs redelijk efficiënte organische cellen kunnen worden ontwikkeld, ze zouden hun eigen duidelijke voordelen hebben:ze zouden veel minder kosten om te produceren dan conventionele cellen, grotere gebieden zou kunnen bestrijken, en mogelijk veel gemakkelijker kunnen worden gerecycled.

De cellen die het team bestudeerde, zijn gemaakt door honderden dunne lagen op elkaar te stapelen die afwisselen tussen twee verschillende organische materialen:zink, ptalocyanine en C ₆₀ , de voetbalvormige koolstofmoleculen die soms buckminsterfullerenen worden genoemd, of "buckyballs". waardoor ze elektronen afstaan ​​die tussen de buckyball- en ptalocyaninelagen stromen, het creëren van een elektrische stroom.

Elke laag is slechts enkele nanometers dik, en het variëren van hun dikte heeft een dramatisch effect op hoeveel elektrische stroom de totale cel uitstraalt. Volgens NIST-chemicus Ted Heilweil, het bepalen van de ideale dikte van de lagen is cruciaal voor het maken van de best presterende cellen.

“In wezen, als de lagen te dun zijn, ze genereren niet genoeg elektronen om een ​​substantiële stroom te laten vloeien, maar als ze te dik zijn, veel van de elektronen komen vast te zitten in de afzonderlijke lagen, ', zegt Heilweil. "We wilden de goede plek vinden."

Het vinden van die "sweet spot" omvatte het onderzoeken van de relatie tussen laagdikte en twee verschillende aspecten van het materiaal. Als er licht op de film valt, de lagen genereren een aanvankelijke "piek" in stroom die vervolgens vrij snel vervalt; de ideale cel zou zo constant mogelijk elektronen genereren. Het veranderen van de laagdikte beïnvloedt de initiële vervalsnelheid, maar het beïnvloedt ook de algehele capaciteit van het materiaal om elektronen te dragen, dus het team wilde de optimale combinatie van deze twee factoren vinden.

Paul Lane van NRL kweekte een aantal films met lagen van verschillende dikte, en het team deed metingen in beide laboratoria die rekening hielden met de twee factoren, vinden dat lagen van ongeveer twee nanometer dik de beste prestaties leveren. Heilweil zegt dat de resultaten hem aanmoedigen om te denken dat prototypecellen op basis van deze geometrie kunnen worden geoptimaliseerd. hoewel er nog één technische hindernis overblijft:het vinden van de beste manier om de elektriciteit eruit te krijgen.

“Het is nog steeds onduidelijk hoe je zulke dunne nanolagen het beste in apparaten kunt incorporeren, ' zegt hij. "We hopen ingenieurs uit te dagen die ons met dat onderdeel kunnen helpen."