Solceller som använder blandningar av organiska molekyler för att absorbera solljus och omvandla det till elektricitet, som kan appliceras på böjda ytor som karossen på en bil, skulle kunna vara ett steg närmare tack vare en upptäckt som utmanar konventionellt tänkande om en av nyckelkomponenterna i dessa enheter.

En grundläggande organisk solcell består av en tunn film av organiska halvledare inklämda mellan två elektroder som extraherar laddningar som genereras i det organiska halvledarskiktet till den externa kretsen. Det har länge antagits att 100 % av ytan på varje elektrod bör vara elektriskt ledande för att maximera effektiviteten av laddningsextraktionen.

Forskare vid University of Warwick har upptäckt att elektroderna i organiska solceller faktiskt bara behöver 1% av sin yta för att vara elektriskt ledande för att vara fullt effektiva, vilket öppnar dörren för att använda en rad kompositmaterial vid gränssnittet mellan elektroderna och de ljusavskiljande organiska halvledarskikten för att förbättra enhetens prestanda och minska kostnaderna. Upptäckten, publiceras idag (11 september), redovisas i Avancerade funktionella material .

Den akademiska ledaren, Dr Ross Hatton från universitetets institution för kemi, sa:"Det är allmänt antaget att om du vill optimera prestandan hos organiska solceller måste du maximera arean av gränssnittet mellan elektroderna och de organiska halvledarna. Vi frågade om det verkligen var sant."

Forskarna utvecklade en modellelektrod som de systematiskt kunde ändra ytan på, och fann att när så mycket som 99 % av dess yta var elektriskt isolerande fungerar elektroden fortfarande lika bra som om 100 % av ytan var ledande, förutsatt att de ledande regionerna inte är för långt ifrån varandra.

Högpresterande organiska solceller har ytterligare genomskinliga lager vid gränssnitten mellan elektroderna och det ljusuppsamlande organiska halvledarskiktet som är avgörande för att optimera ljusfördelningen i enheten och förbättra dess stabilitet, men måste också kunna leda laddningar till elektroderna. Detta är en stor order och inte många material uppfyller alla dessa krav.

Dr Dinesha Dabera, postdoktorn i detta Leverhulme Trust-finansierade projekt, förklarar:"Detta nya fynd innebär kompositer av isolatorer och ledande nanopartiklar som kolnanorör, grafenfragment eller metallnanopartiklar, kan ha stor potential för detta ändamål, erbjuder förbättrad enhetsprestanda eller lägre kostnad.

"Ekologiska solceller är väldigt nära att kommersialiseras men de är inte riktigt där än, så allt som låter dig sänka kostnaderna ytterligare samtidigt som du förbättrar prestandan kommer att bidra till det."

Dr Hatton, som kommer att intervjuas av Serena Bashal från UK Youth Climate Coalition på British Science Festival den här veckan, förklarar:"Vad vi har gjort är att demonstrera en designregel för den här typen av solceller, vilket öppnar upp för mycket större möjligheter för materialval i enheten och på så sätt kan bidra till att de kan förverkligas kommersiellt.''

Organiska solceller är potentiellt mycket miljövänliga, eftersom de inte innehåller några giftiga ämnen och kan bearbetas vid låg temperatur med användning av rulle-till-rulle-avsättning, så kan ha ett extremt lågt koldioxidavtryck och en kort energiåterbetalningstid.

Dr. Hatton förklarar:"Det finns ett snabbt växande behov av solceller som kan stödjas på flexibla substrat som är lätta och färgjusterbara. Konventionella kiselsolceller är fantastiska för storskalig elproduktion i solgårdar och på taken av byggnader , men de är dåligt anpassade till behoven hos elfordon och för integration i fönster på byggnader, som inte längre är nischapplikationer. Organiska solceller kan sitta på böjda ytor, och är mycket lätta och låg profil.

"Denna upptäckt kan hjälpa dessa nya typer av flexibla solceller att bli en kommersiell verklighet tidigare eftersom det kommer att ge designers av denna klass av solceller fler valmöjligheter i de material de kan använda."