En molekylär tweak har förbättrat organiska solcellsprestanda, för oss närmare billigare, effektiv, och lättare tillverkade solceller. Den nya designmetoden, inriktning på den molekylära ryggraden i cellens kraftgenererande skikt, utvecklades av forskare vid Kyoto University's Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) och publicerades i tidskriften Kemisk vetenskap .

Organiska solceller förväntas bli nästa generation solceller eftersom de använder billigare komponenter, och är lättare, flexibel och lätt tillverkad jämfört med för närvarande använda oorganiska solceller.

"Det finns en växande oro över användningen av fossila bränslen och deras miljöpåverkan, "säger Hiroshi Imahori, en molekylär ingenjör på iCeMS som ledde arbetet med kollegan Tomokazu Umeyama. "Vi måste arbeta hårt för att förbättra hållbara energisystem."

Det kraftgenererande skiktet i organisk solceller innehåller molekyler som antingen donerar eller accepterar elektroner. Ljus absorberas av detta tunna lager, spännande molekylerna, som genererar laddningar som fortsätter att bilda en elektrisk ström. Men för att ljus effektivt ska omvandlas till el, den elektronmottagande komponenten måste hålla sig upphetsad.

En typ av organisk cell är mycket bra på att absorbera ett brett spektrum av ljus, men blir inte upphetsad länge. För att försöka åtgärda detta, Imahori, Umeyama och deras kollegor i Japan riktade in sig på den molekylära ryggraden i cellens elektronmottagande komponent. Specifikt, de ersatte en central ring med en molekyl som kallas tienoazakoronen, skapa en ny molekyl som heter TACIC.

Liknar sin föregångare, TACIC absorberade ett brett spektrum av synligt och nära-infrarött ljus. Betydande, det bibehöll sitt upphetsade tillstånd 50 gånger längre, omvandlar mer än 70% av ljuspartiklarna till ström. Designen uppnådde detta genom att stabilisera vibrationer och rotation som normalt uppstår när ljus absorberas, spara kinetisk energi och underlätta intermolekylär interaktion.

Cellen fortsätter att ha en effektomvandlingseffektivitet på knappt 10%, vilket är jämförbart med andra organiska solceller som undersöks. Teamet tror att modifieringar av sidokedjorna och kärnstrukturen i tienoazakoronenmolekylen kan ytterligare förbättra effektiviteten hos organiska solceller.