Visa upp forskning från professor GaneshBalasubramanians laboratorium (Group for Interfacial and Nanoengineering), Institutionen för maskinteknik och mekanik, Lehigh University, Betlehem, USA. Trots de senaste framstegen i energiomvandlingseffektiviteten för organiska solceller, en insikt i den bearbetningsdrivna termomekaniska stabiliteten hos aktiva bulkheteroövergångsskikt är fortfarande berättigad. Att korrelera elastomorfologin med enhetens prestanda kräver en djupare förståelse av fysik på molekylär nivå, som presenteras i denna forskning om samspelet mellan bearbetning, termodynamik och mekanisk stabilitet hos typiska fotoaktiva skikt i organiska solceller. Kredit:Professor Ganesh Balasubramanians laboratorium (Group for Interfacial and Nanoengineering), Institutionen för maskinteknik och mekanik, Lehigh University, Betlehem.
Organiska solceller är idealiska för användning i flexibel elektronik på grund av den naturligt formbara naturen hos halvledande polymerer. Senare forskning om samspelet mellan bearbetning, termodynamik och mekanisk stabilitet hos typiska fotoaktiva skikt i organiska celler ger en djupare förståelse för dessa högpotentialmaterial.
Ganesh Balasubramanian, P.C. Rossin biträdande professor i maskinteknik och mekanik vid Lehigh University, och hans doktorand Joydeep Munshi gav sig nyligen ut för att förstå hur stabila dessa material är när de deformeras, och om de lovande egenskaperna kan realiseras under hårda belastningsförhållanden när solcellerna kan utsättas för sträckning och kompression. Genom beräkningsexperiment med hjälp av ledarskapsklassens datorresurser i Frontera, teamet visade att tillsats av små molekyler till den halvledande polymerblandningen förbättrar prestandan och stabiliteten hos material som används i organiska solceller. De förutspår att detta också är sant för organiskt solcellsmaterial mer generellt.
Studien beskrivs i en artikel, "Elasto-morfologi av P3HT:PCBM bulk heterojunction organiska solceller" med på baksidan av Mjuk materia . Ytterligare författare inkluderar:professorerna TeYu Chien vid University of Wyoming och Wei Chen, vid Northwestern University.
"Baserat på tidigare litteratur, vi förutsåg att variationer i materialbearbetningsparametrarna skulle påverka strukturen såväl som de termiska och mekaniska egenskaperna hos dessa solceller, " säger Balasubramanian. "Men, upptäckten att närvaron av små molekylära tillsatser kan förstärka de mekaniska egenskaperna är ny kunskap från detta arbete."
Teamet visade att utöver omvandlingseffektiviteten från sol-till-elektrisk energi, den mekaniska stabiliteten och flexibiliteten hos typiska organiska solceller påverkas avsevärt av närvaron av molekylära tillsatser.
"Detta kan visa sig vara avgörande för kommersialiseringen av organiska solceller, säger Balasubramanian.
Resultaten uppnåddes genom att utföra storskaliga molekylära simuleringar i superdatorn Frontera, belägen vid Texas Advanced Computing Center (TACC) vid University of Texas i Austin), som är världens snabbaste akademiska superdator. Förutsägelserna bestod av deformationsmekanismerna för polymerblandningen under töjningsförhållanden samt undersökning av materialets struktur/morfologi vid laddning. Balasubramanians team har varit bland de första att använda Frontera.
Även om liknande tillvägagångssätt har övervägts för att undersöka egenskaperna hos organiska fotovoltaiska material, korrelationen mellan materialstruktur och elastiska egenskaper hade inte gjorts tidigare, enligt Balasubramanian. Genom att tillsätta molekylära tillsatser till polymerblandningarna, avancerade solenergimaterial och enheter kan tillverkas som upprätthåller extrema driftspåfrestningar samtidigt som de levererar överlägsen prestanda.
Han tillägger:"Forskningen har potential att ge nya riktningar för vetenskaplig praxis inom detta område av material- och energiforskning."
