Solceller har stor potential som en källa till ren elektrisk energi, men än så länge har de inte varit billiga, ljus, och tillräckligt flexibel för utbredd användning. Nu har ett team av forskare under ledning av Tandon -docenten André D. Taylor vid avdelningen för kemisk och biomolekylär teknik hittat ett innovativt och lovande sätt att förbättra solceller och göra deras användning i många applikationer mer sannolikt.

De flesta organiska solceller använder fullerener, sfäriska kolmolekyler. Problemet, förklarar Taylor, är att fullerener är dyra och inte absorberar tillräckligt med ljus. Under de senaste 10 åren har han gjort betydande framsteg när det gäller att förbättra organiska solceller, och han har nyligen fokuserat på att använda icke-fullerener, som hittills varit ineffektiva. Dock, han säger, "Icke-fullerenerna förbättras tillräckligt för att ge fullerener en löpning för sina pengar."

Tänk på en solcell som en smörgås, Säger Taylor. "Köttet" eller det aktiva skiktet - tillverkat av elektrondonatorer och acceptatorer - är i mitten, absorberar solljus och omvandlar det till elektricitet (elektroner och hål), medan "brödet, "eller yttre lager, består av elektroder som transporterar den elen. Hans lags mål var att få cellen att absorbera ljus över ett så stort spektrum som möjligt med hjälp av en mängd olika material, men samtidigt låta dessa material fungera bra tillsammans. "Min grupp arbetar med viktiga delar av smörgåsen, 'såsom elektronen och håltransporterande lager av' brödet, medan andra grupper endast får arbeta med "kött" eller mellanlagermaterial. Frågan är:Hur får du dem att spela tillsammans? Den rätta blandningen av dessa olika material är extremt svår att uppnå. "

Att använda en squaraine -molekyl på ett nytt sätt - som ett kristalliseringsmedel - gjorde susen. "Vi lade till en liten molekyl som fungerar som en elektrondonator i sig och förbättrar absorptionen av det aktiva skiktet, "Taylor förklarar." Genom att lägga till denna lilla molekyl, det underlättar orienteringen av donator-acceptorpolymeren (kallad PBDB-T) med icke-fullerenacceptorn, ITIC, i ett förmånligt arrangemang. "

Denna solarkitektur använder också en annan designmekanism som Taylor-gruppen var föregångare känd som en FRET-baserad solcell. BAND, eller Förster resonans energiöverföring, är en mekanism för energiöverföring som först observerades vid fotosyntes, genom vilka växter använder solljus. Med hjälp av en ny polymer och icke-fullerenblandning med squaraine, laget konverterade mer än 10 procent av solenergin till kraft. För bara några år sedan ansågs detta vara ett alltför högt mål för enkelkorsade polymera solceller. "Det finns nu nyare polymera icke-fulleren-system som kan prestera över 13 procent, så vi ser vårt bidrag som en livskraftig strategi för att förbättra dessa system, "Säger Taylor.

De organiska solceller som utvecklats av hans team är flexibla och kan en dag användas i applikationer som stöder elfordon, bärbar elektronik, eller ryggsäckar för att ladda mobiltelefoner. Så småningom, de skulle kunna bidra avsevärt till energiförsörjningen. "Vi förväntar oss att denna metod för kristalliserande medel kommer att väcka uppmärksamhet från kemister och materialforskare som är anslutna till organisk elektronik, "säger Yifan Zheng, Taylors tidigare forskarstudent och huvudförfattare till artikeln om arbetet i tidskriften Material idag .

Nästa för forskargruppen? De arbetar med en typ av solceller som kallas perovskit, och fortsätter att förbättra organiska solceller som inte är fulleren.