Een onderzoekspartnerschap van de Universiteit van Cincinnati rapporteert vooruitgang over hoe zonnecellen ooit sterker kunnen worden, aansteker, flexibeler en goedkoper in vergelijking met de huidige silicium- of germaniumtechnologie op de markt.

Yan Jin, een UC-doctoraatsstudent in de opleiding materiaalwetenschappen en engineering, Afdeling Biomedische, Chemisch, en milieutechniek, zal op 2 maart resultaten rapporteren, op de American Physical Society Meeting in San Antonio, Texas.

Jin zal presenteren hoe een mengsel van geconjugeerde polymeren resulteerde in structurele en elektronische veranderingen die de efficiëntie drievoudig verhoogden, door ongerept grafeen op te nemen in de actieve laag van de op koolstof gebaseerde materialen. De techniek resulteerde in een beter ladingtransport, kortsluitstroom en een verbetering van meer dan 200 procent in de efficiëntie van de apparaten. "We onderzochten de morfologische veranderingen die aan dit effect ten grondslag liggen door gebruik te maken van kleine-hoek neutronenverstrooiing (SANS) studies van de deuterated-P3HT/F8BT met en zonder grafeen, " zegt Jin.

De samenwerking met het Oak Ridge National Laboratory, Amerikaanse ministerie van Energie, onderzoekt hoe de prestaties van op koolstof gebaseerde synthetische polymeren kunnen worden verbeterd, met als uiteindelijk doel ze commercieel concurrerend te maken.

In tegenstelling tot de op silicium of germanium gebaseerde zonnecellen op de markt, polymeerstoffen zijn minder duur en meer kneedbaar. "Het zou het soort cel zijn dat je zou kunnen oprollen als een laken, stop het in je rugzak en neem het mee, " legt Vikram Kuppa uit, Jin's adviseur en een UC-assistent-professor chemische technologie en materiaalkunde.

Een van de belangrijkste uitdagingen bij polymeer-halfgeleiders is dat ze aanzienlijk lagere ladingstransportcoëfficiënten hebben dan traditionele, anorganische halfgeleiders, die worden gebruikt in de huidige zonnetechnologie. Hoewel polymeercellen dunner en lichter zijn dan anorganische apparaten, deze films vangen ook een kleiner deel van de invallende lichtgolflengten op en zijn veel minder efficiënt in het omzetten van lichtenergie in elektriciteit.

"Onze aanpak is belangrijk omdat we nu een piekverbetering van meer dan 200 procent hebben laten zien op een paar verschillende systemen, in wezen een drievoudige toename van de efficiëntie van de cel door het fundamentele probleem van slecht ladingstransport aan te pakken, ' zegt Kuppe.

Jin leidde het onderzoek dat werd uitgevoerd bij Oak Ridge National Laboratory en bij UC's Organic and Hybrid Photovoltaics Laboratory in het UC College of Engineering and Applied Science (CEAS). "We ontdekken dat deze verbeteringen het gevolg zijn van verbeteringen in zowel ladingsmobiliteit als morfologie, " zegt Jin. "De morfologie is gerelateerd aan de fysieke structuur van het mengsel in de polymeerfilms en heeft een sterke invloed op de prestaties en de efficiëntie van de organische fotovoltaïsche (OPV) cellen."

Het toekomstige onderzoek van Yan gaat verder naar het onderzoek van morfologie en het verband met zonnecelprestaties. Een deel van dat onderzoek zal worden uitgevoerd op state-of-the-art, Ultra Small Angle X-ray Scattering (USAXS) apparatuur komt naar het College of Engineering and Applied Science aan de UC, het resultaat van een Major Instrumentation Award aan Kuppa van de National Science Foundation. Kuppa zegt de $ 400, 000-apparaat is slechts het tweede in zijn soort in een universiteit in de VS en de eerste dergelijke instrumentatie met meerdere bronnen en een breed meetbereik.