(Phys.org) — Onderzoek van de North Carolina State University onthult dat de efficiëntie van zonnecellen gebaseerd is op een delicate balans tussen de grootte en zuiverheid van de binnenlagen, of domeinen. Deze bevindingen kunnen leiden tot betere ontwerpen en betere prestaties in organische zonnecellen.

Op polymeren gebaseerde zonnecellen zijn bedoeld om twee domeinen te hebben, bestaande uit een elektronenacceptor en een elektronendonormateriaal. De efficiëntie van zonnecellen is gebaseerd op verschillende factoren:het gemak waarmee excitonen (de energiedeeltjes die door zonnecellen worden gecreëerd wanneer licht wordt geabsorbeerd) naar het grensvlak van de donor- en acceptordomeinen kunnen reizen terwijl ze zoveel mogelijk van de energie van het licht behouden; en, zodra de ladingen zijn gescheiden van de excitonen, hoe efficiënt gescheiden ladingen naar de elektroden van het apparaat reizen voor verzameling.

In werkelijkheid, echter, deze domeinen zijn niet gescheiden en puur, en het kunnen er uiteindelijk veel meer zijn dan twee. De huidige verwerkingsmethoden zorgen voor een complexe, structuur met meerdere domeinen, die van invloed is op alle factoren die betrokken zijn bij de efficiëntie van de zonnecel.

NC State-fysicus Harald Ade en medewerkers wilden precies weten hoe de complexe structuur van de zonnecel de prestaties beïnvloedt. Met behulp van geavanceerde zachte röntgentechnieken, Ade en collega's van de Chinese Academie van Wetenschappen ontdekten dat de domeinen zich op ongebruikelijke en soms tegenstrijdige manieren vermengden.

"Stel je de twee domeinmaterialen van de zonnecel voor als cakebeslag met één vanillelaag en één chocoladelaag, "zegt Ade. "Aanvankelijk, het grensvlak - waar de lagen elkaar raken - is zo groot als je cakevorm. Terwijl je de lagen mengt door een vork door het beslag te trekken om wervelingen te maken, meer van de vanille raakt de chocolade aan en je creëert nog meer grensvlak. In een zonnecel, meer grensvlak dient om de prestaties te verbeteren door de ladingsscheiding te vergroten.

"Echter, als je doorgaat met het mengen van de lagen, je krijgt een uniform beslag met minder zuiverheid, wat de prestaties van de zonnecel vermindert als de ladingen recombineren en verloren gaan door te veel mengen.

"Wat we vinden is dat in echte apparaten de structuur vergelijkbaar is met het maken van wervelingen met vorken van verschillende grootte met een combinatie van grote of kleine bewegingen. Dit creëert twee lengteschalen die verschillende graden van beslaguniformiteit kunnen hebben, leidt tot complexe afwegingen tussen grootte, zuiverheid en prestatie. Het is nu onze taak om deze afwegingen te begrijpen en uit te zoeken hoe we zonnecellen kunnen ontwikkelen die hiervan profiteren."