(Phys.org) — Het werk van een team van chemische ingenieurs van Penn State en Rice University kan leiden tot een nieuwe klasse goedkope organische zonnecellen.

"Stel je voor dat je zonnecellen net zo gemakkelijk zou kunnen maken als posters of kranten kunnen drukken - je zou hier vellen van kunnen maken, " zei Enrique Gomez, assistent-professor chemische technologie. "Het vertegenwoordigt een fundamentele verschuiving in de manier waarop we zonnecellen maken."

De meeste zonnecellen zijn tegenwoordig anorganisch en gemaakt van kristallijn silicium. Het probleem met deze, Gomez legde uit, is dat anorganische zonnecellen vaak duur zijn, rigide en relatief inefficiënt als het gaat om het omzetten van zonlicht in elektriciteit.

Maar organische zonnecellen bieden een intrigerend alternatief dat flexibel en mogelijk goedkoper is.

Er zijn momenteel niet veel organische zonnecellen. Hij zei, "Er zweven een heleboel prototypes rond. Je ziet ze op plaatsen zoals in laptoptassen op zonne-energie en op de top van sommige busdepots."

Het probleem is dat het grootste deel van de organische zonnecellen fullereenacceptoren gebruikt - een op koolstof gebaseerd molecuul dat buitengewoon moeilijk op te schalen is voor massaproductie.

De benadering van Gomez slaat de fullereenacceptor helemaal over en probeert moleculen in een oplossing te combineren.

Het idee om moleculaire zelfassemblage voor zonnecellen te gebruiken is niet nieuw, maar Gomez zei:"Het is niet goed uitgevoerd."

Hij ging verder, "Het is alsof je olie en water probeert te mengen." Het probleem is dat zwakke intermoleculaire interacties en wanorde op kruispunten van verschillende organische materialen de prestaties en stabiliteit van eerdere organische zonnecellen beperkten.

Maar door de nanostructuur en morfologie te beheersen, het team heeft de moleculen in wezen opnieuw ontworpen om op een betere manier met elkaar te verbinden.

De ingenieurs waren in staat om de donor-acceptor heterojuncties te controleren door middel van microfase-gescheiden geconjugeerde blokcopolymeren.

"We hebben niet alleen de controle over de microstructuur aangetoond, maar ook controle van de interface die verantwoordelijk is voor de eerste stappen in het genereren van foto's op een manier die nooit eerder is bereikt, ' zei Gomez.

Het resultaat, die werd beschreven in een recent nummer van de American Chemical Society's Nano-letters logboek, is een organische zonnecel gemaakt van blokcopolymeren die drie procent efficiënt is.

Het team omvatte Penn State chemische technologie afgestudeerde student Changhe Guo; student Matt Witman; Rafael Verduzco, de Louis Owen-assistent-professor chemische en biomoleculaire engineering aan de Rice University; Joseph Strzalka, onderzoekswetenschapper bij Argonne National Laboratory; en onderzoekswetenschappers Cheng Wang en Alexander Hexemer van het Lawrence Berkeley National Laboratory.

Hoewel het prototype van het team niet zo efficiënt is als sommige commercieel beschikbare zonnecellen, Gomez legde uit dat het werk aantoont dat flexibele organische zonnecellen inderdaad mogelijk zijn.

"Onze cellen vangen momenteel niet veel licht. We moeten terugkijken en het molecuul opnieuw ontwerpen. We denken dat we het beter kunnen doen dan 3 procent, " hij zei.