Onderzoekers van het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) hebben hoogwaardige polymere zonnecellen (PSC's) aangetoond met een stroomconversie-efficiëntie (PCE) van 8,92%, wat de hoogste waarden zijn die tot nu toe zijn gerapporteerd voor plasmonische PSC's met behulp van metalen nanodeeltjes (NP's) .

Een polymere zonnecel is een soort dunne-film zonnecellen gemaakt met polymeren die elektriciteit produceren uit zonlicht door het fotovoltaïsche effect. De meeste huidige commerciële zonnecellen zijn gemaakt van een sterk gezuiverd siliciumkristal. De hoge kosten van deze siliciumzonnecellen en hun complexe productieproces hebben geleid tot interesse in de ontwikkeling van alternatieve fotovoltaïsche technologieën.

In vergelijking met apparaten op basis van silicium, PSC's zijn lichtgewicht (wat belangrijk is voor kleine autonome sensoren), verwerkbaarheid van de oplossing (mogelijk wegwerpbaar), goedkoop te fabriceren (soms met behulp van gedrukte elektronica), flexibel, en aanpasbaar op moleculair niveau, en ze hebben een lager potentieel voor negatieve milieueffecten. Polymere zonnecellen hebben vanwege deze vele voordelen veel belangstelling gekregen.

Hoewel deze vele voordelen, PSC's lijden momenteel aan een gebrek aan voldoende efficiëntie voor grootschalige toepassingen en stabiliteitsproblemen, maar hun belofte van extreem goedkope productie en uiteindelijk hoge efficiëntiewaarden heeft ertoe geleid dat ze een van de meest populaire gebieden in zonnecelonderzoek zijn.

Om PCE te maximaliseren, lichtabsorptie in de actieve laag moet worden verhoogd met behulp van dikke bulk heterojunctie (BHJ) films. Echter, de dikte van de actieve laag wordt beperkt door de lage dragermobiliteit van BHJ-materialen. Daarom, het is noodzakelijk om manieren te vinden om de dikte van BHJ-films te minimaliseren en tegelijkertijd het lichtabsorptievermogen in de actieve laag te maximaliseren.

Het onderzoeksteam gebruikte het oppervlakteplasmonresonantie (SPR) -effect via multi-positionele silica-gecoate zilveren NP's (Ag@SiO2) om de lichtabsorptie te verhogen. De silica-omhulling in Ag@SiO2 behoudt het SPR-effect van de Ag NP's door oxidatie van de Ag-kern onder omgevingsomstandigheden te voorkomen en elimineert ook de bezorgdheid over het afschrikken van excitonen door direct contact tussen Ag-kernen en de actieve laag te vermijden. De multi-positionele eigenschap verwijst naar het vermogen van Ag@SiO2 NP's om te worden geïntroduceerd op zowel ITO/PEDOT:PSS (type I) als PEDOT:PSS/actieve laag (type II) interfaces in polymeer:​​op fullereen gebaseerde BHJ PSC's vanwege de silica schelpen.

Omdat PSC's veel voordelen hebben, inclusief lage kosten, oplossing verwerkbaarheid, en mechanische flexibiliteit, PSC's kunnen in verschillende toepassingen worden toegepast. Echter, we moeten de efficiëntiebarrière van 10% voor commercialisering van PSC's doorbreken.

Prof. Kim zei, "Dit is het eerste rapport dat metalen NP's introduceert tussen de gatentransportlaag en de actieve laag voor het verbeteren van de prestaties van het apparaat. De multipositionele en oplossingsverwerkbare eigenschappen van onze oppervlakteplasmonresonantie (SPR) materialen bieden de mogelijkheid om meerdere plasmonische effecten te gebruiken door verschillende metalen te introduceren nanodeeltjes naar verschillende ruimtelijke locaties voor krachtige opto-elektronische apparaten via massaproductietechnieken."

"Ons werk is zinvol om nieuwe metalen nanodeeltjes te ontwikkelen en bijna 10% efficiëntie te bereiken door deze materialen te gebruiken. Als we ons continu concentreren op het optimaliseren van dit werk, commercialisering van PSC's zal een realisatie zijn, maar geen droom, " voegde prof. Park toe.