(Phys.org) — De meeste Amerikanen willen dat de VS meer nadruk leggen op de ontwikkeling van zonne-energie, recente peilingen suggereren. Een grote belemmering, echter, zijn de productiekosten, zonnepanelen installeren en onderhouden. Simpel gezegd, de meeste mensen en bedrijven kunnen het zich niet veroorloven om ze op hun daken te plaatsen.

Gelukkig, dat verandert omdat onderzoekers als Qiaoqiang Gan, University at Buffalo, assistent-professor in de elektrotechniek, helpen bij de ontwikkeling van een nieuwe generatie fotovoltaïsche cellen die meer stroom produceren en minder kosten om te produceren dan wat er vandaag beschikbaar is.

Een van de meer veelbelovende pogingen, waar Gan aan werkt, omvat het gebruik van met plasmon versterkte organische fotovoltaïsche materialen. Deze apparaten komen qua energieproductie niet overeen met traditionele zonnecellen, maar zijn minder duur en kunnen - omdat ze in vloeibare vorm worden gemaakt (of verwerkt) - op een grotere verscheidenheid aan oppervlakken worden toegepast.

Gan heeft de voortgang van met plasmon versterkte organische fotovoltaïsche materialen gedetailleerd beschreven in de 7 mei-editie van het tijdschrift Geavanceerde materialen . Co-auteurs zijn onder andere Filbert J. Bartoli, hoogleraar elektrische en computertechniek aan de Lehigh University, en Zakya Kafafi van de National Science Foundation.

Momenteel, zonne-energie wordt geproduceerd met ofwel dikke polykristallijne siliciumwafels of dunnefilmzonnecellen die zijn gemaakt van anorganische materialen zoals amorf silicium of cadmiumtelluride. Beide zijn duur om te vervaardigen, zei Gan.

Zijn onderzoek betreft dunne-film zonnecellen, te, maar in tegenstelling tot wat er op de markt is, gebruikt hij organische materialen zoals polymeren en kleine moleculen die op koolstof zijn gebaseerd en minder duur zijn.

"Vergeleken met hun anorganische tegenhangers, organische fotovoltaïsche zonne-energie kan over grote oppervlakken worden gefabriceerd op stijve of flexibele substraten die mogelijk net zo goedkoop worden als verf, ' zei Gan.

De verwijzing naar verf omvat geen prijs, maar eerder het idee dat fotovoltaïsche cellen op een dag net zo gemakkelijk op oppervlakken kunnen worden aangebracht als verf op muren, hij zei.

Er zijn nadelen aan organische fotovoltaïsche cellen. Ze moeten dun zijn vanwege hun relatief slechte elektronische geleidende eigenschappen. Omdat ze dun zijn en dus, zonder voldoende materiaal om licht te absorberen, het beperkt hun optische absorptie en leidt tot onvoldoende energieomzettingsrendement.

Hun stroomconversie-efficiëntie moet 10 procent of meer zijn om op de markt te kunnen concurreren, zei Gan.

Om die maatstaf te halen, Gan en andere onderzoekers integreren metalen nanodeeltjes en/of patroonvormige plasmonische nanostructuren in organische fotovoltaïsche cellen. Plasmonen zijn elektromagnetische golven en vrije elektronen die kunnen worden gebruikt om heen en weer te oscilleren over het grensvlak van metalen en halfgeleiders.

Recente materiaalstudies suggereren dat ze daarin slagen, hij zei. Gan en de co-auteurs van het artikel beweren dat, door deze doorbraken, er moet een hernieuwde focus komen op hoe nanomaterialen en plasmonische strategieën efficiëntere en betaalbare dunne-film organische zonnecellen kunnen creëren.

Gan zet zijn onderzoek voort door samen te werken met verschillende onderzoekers van de UB, waaronder:Alexander N. Cartwright, hoogleraar elektrotechniek en biomedische technologie en vice-president van de UB voor onderzoek en economische ontwikkeling; Mark T. Swihart, UB-hoogleraar chemische en biologische engineering en directeur van de University's Strategic Strength in Integrated Nanostructured Systems; en Hao Zeng, universitair hoofddocent natuurkunde.

Gan is lid van de elektrotechnische optica en fotonica onderzoeksgroep van UB, waaronder Cartwright, professoren Edward Furlani en Pao-Lo Liu, en Natalia Litchinitser, Collega Professor.

De groep doet onderzoek in nanofotonica, biofotonica, hybride anorganische/organische materialen en apparaten, niet-lineaire en glasvezel, metamaterialen, nanoplasmonica, optofluïdica, micro-elektromechanische systemen (MEMS), biomedische micro-elektromechanische systemen (BioMEM's), biosensing en kwantuminformatieverwerking.