Dezelfde kwaliteit die een regenjas buffert tegen stortbuien of een pan tegen plakkerig voedsel kan ook de prestaties van zonnecellen verbeteren, volgens een nieuwe studie van UNL-ingenieurs.

Gepubliceerd op 20 juli in het tijdschrift Natuurcommunicatie , de studie toonde aan dat het bouwen van een soort organische zonnecel op een "niet-bevochtigend" plastic oppervlak het 1,5 keer efficiënter maakte bij het omzetten van zonlicht in elektriciteit.

De onderzoekers gebruikten de techniek om polykristallijne cellen te kweken, die minder duur zijn, sneller en gemakkelijker te produceren dan die gemaakt van slechts een enkel kristal. Toch hebben monokristallijne cellen traditioneel een betere efficiëntie, deels omdat ze veel minder korrels bevatten - fragmenten die lijken op microscopisch kleine puzzelstukjes.

De barrières tussen deze korrels verminderen de celefficiëntie door negatief geladen elektronen op te vangen en te recombineren met hun positief geladen "gaten, " die idealiter elektrische stroom produceren door in tegengestelde richtingen te migreren na hun scheiding door fotondragend zonlicht.

Hoofdauteur Jinsong Huang en zijn team probeerden het aantal van deze efficiëntie-afvoerende barrières te verminderen door de korrels zelf te vergroten. Hoewel de korrelgrootte doorgaans beperkt is tot de dikte van een zonnecel, Het team van Huang ontdekte dat een niet-bevochtigend oppervlak het mogelijk maakte om korrels te fabriceren die tot acht keer groter zijn dan de celdikte.

Zoals de naam impliceert, een niet-bevochtigend oppervlak zorgt ervoor dat vloeistof parelt en wegloopt in plaats van zich te verspreiden en te absorberen bij contact. Huang en zijn collega's ontdekten dat dit type oppervlak op een vergelijkbare manier op korrelgrenzen inwerkte, het versnellen van hun beweging en het stimuleren van de vorming van grotere korrels bij blootstelling aan hitte.

"We ontdekten dat het verschil enorm is, " zei Huang, een Susan J. Rosowski universitair hoofddocent werktuigbouwkunde en materiaalkunde. "Als je twee kleine korrels laat samensmelten tot een grotere korrel, wat er gebeurt, is dat een grens feitelijk beweegt van (het midden van twee korrels) naar het einde van de een of de ander. Hoe gemakkelijk deze grenzen bewegen, zal bepalen hoe snel deze korrels kunnen samensmelten en groeien.

"Een niet-bevochtigende ondergrond is glad, zoals wanneer je olie op een vloer giet. Het is gemakkelijker voor de korrelgrens om te bewegen omdat we een deel van de weerstand erop verminderen."

Deze slip-and-slide kwaliteit beperkte ook de aanwezigheid van deeltjes die bekend staan ​​als kernen, die fungeren als zaden waaruit kristalkorrels ontspruiten wanneer een vloeibare verbinding stolt. De relatieve schaarste van deze kernen leidde natuurlijk tot de groei van grotere korrels met minder grenzen, volgens Huang.

Het gebruik van niet-bevochtigende oppervlakken als fabricagelocaties kan ook leiden tot verbeteringen in andere technologie, de studie meldde, mogelijk in de vorm van snellere transistors en gevoeligere fotodetectoren.

"Als het gaat om elektronische eigenschappen, kristalliniteit en korrelgrootte bepalen veel, Huang zei. "Dus dit is een eenvoudige methode met veel potentiële toepassingen."