Forskare vid Kanazawa University har utfört en detaljerad undersökning av de molekylära mekanismerna genom vilka organiska solceller skadas när de utsätts för solljus. Denna forskning har viktiga konsekvenser för att utveckla nästa generations solpaneler som kombinerar hög effektivitet, låg kostnad, och lång livslängd för enheten.

Solenergi är en viktig del av framtida lösningar för förnybar energi. Historiskt sett, solpaneler har tenderat att vara ineffektiva eller för dyra för de flesta husägare att överväga att installera. En ny klass av solceller som använder lager av kolbaserade polymerer erbjuder en effektivitet på upp till 10 % - vilket anses vara det lägsta för praktisk användning - till ett överkomligt pris. Det primära kvarvarande hindret för bred användning av dessa nya solceller är den korta livslängden för dessa enheter eftersom kumulativa skador från solen tenderar att urholka deras prestanda. På grund av enheternas flerskiktskaraktär, det är ofta svårt att identifiera molekylära mekanismer genom vilka denna försämring av effektivitet sker över tid.

Nu, baserat på resultaten av ström-spänningskurvor, impedansspektroskopi, och UV-VIS spektrofotometri, ett forskarlag vid Kanazawa University har fastställt en viktig faktor som kan orsaka nedsatt prestation. På samma sätt som dina kolbaserade hudceller kan få en otäck solbränna från solens ultravioletta ljus efter en dag på stranden, forskarna fann att de ömtåliga organiska molekylerna i det halvledande lagret kan skadas av exponering.

"Vi fann att skador från UV-ljus ökade det elektriska motståndet hos det organiska halvledarskiktet, ", säger första författaren Makoto Karakawa. Detta ledde till minskat strömflöde och därmed en total minskning av effektiviteten. Genom att använda en metod som kallas matrisassisterad laserdesorption/joniseringstid-flight, forskarna fastställde de troliga nedbrytningsprodukterna från solskador. När några svavelatomer i materialen ersätts av syreatomer från atmosfären, molekylerna fungerar inte längre som avsett.

"Medan nya organiska halvledarmaterial har gjort det möjligt för oss att drastiskt öka den totala effektiviteten, vi upptäckte att de tenderar att vara ömtåligare för UV-skador, " förklarar seniorförfattaren Kohshin Takahashi. Baserat på denna förståelse, det kan vara möjligt att designa mer robusta enheter som fortfarande bibehåller sin höga energiomvandlingshastighet, vilket är ett viktigt steg för att göra solenergi till en ännu större del av förnybar energiproduktion.