I ett förskott som gör en mer flexibel, billig typ av solceller kommersiellt gångbara, Forskare vid University of Michigan har visat organiska solceller som kan uppnå 15 procents effektivitet.

Denna effektivitetsnivå ligger inom intervallet för många solpaneler, eller solceller, för närvarande på marknaden.

"Organisk solceller kan eventuellt minska den totala kostnaden för solenergisystem, göra solenergi till en verkligt allestädes närvarande ren energikälla, "sade Stephen Forrest, Peter A. Franken Distinguished University Professor of Engineering och Paul G. Goebel Professor i teknik, som ledde arbetet.

Med 15 procents effektivitet och med en 20-årig livslängd, forskare uppskattar att organiska solceller kan producera el till en kostnad av mindre än 7 cent per kilowattimme. I jämförelse, genomsnittskostnaden för el i USA var 10,5 cent per kilowattimme 2017, enligt U.S. Energy Information Administration.

Organiska solceller innehåller kol i sin konstruktion för att erbjuda flera fördelar jämfört med konventionella "oorganiska" celler. Kiselbaserade oorganiska solpaneler är dyra att tillverka-bestående av tjocka, styva ark som kräver fasta installationspunkter.

Men kolbaserade organiska solceller kan tillverkas billigt i rullar som är tillräckligt tunna för att böja sig och kurva runt strukturer eller i kläder, och gjorde vilken färg som helst, till och med transparent, att smälta in i sin miljö.

Trots dessa fördelar, organiska solceller har saknat den effektivitet som krävs för att konkurrera med konventionella energikällor.

"De senaste åren har verkningsgraden för organisk solceller fastnade runt 11 till 12 procent, "sa Xiaozhou Che, en doktorand i Applied Physics Program och första författare till en ny studie publicerad i Naturenergi .

För att bryta dem ur den här rutan, forskarna kombinerade flera framsteg inom design och process.

Först, de konstruerade ett system som kombinerar specialiserade lager för att absorbera både synligt och infrarött ljus. I huvudsak staplade de två organiska solceller - en som kan absorbera ljus från det synliga spektrumet från 350 nanometer i våglängd, och en annan som kan absorbera nära-infrarött ljus upp till 950 nanometer i våglängd.

"Av sig själva, cellerna uppnår 10- till 11-procents effektivitet, "Sa Che." När vi staplar ihop dem, vi ökar ljusabsorptionen och effektiviteten förbättras till 15 procent med en antirefleksbeläggning. "

Att stapla cellerna krävde ett genombrott i processen. Teamet utvecklade sammanlänkande lager som förhindrar skador på den första cellen, och låter fortfarande ljus och elektriska laddningar passera.

"Det anses vara en svår process eftersom det finns en chans att vätskan som används vid bearbetning av den översta cellen kommer att lösa upp de lager som redan deponerats under, Sa Che.

Till sist, laget visade att deras nya design, material och process har ett högt tillverkningsutbyte på över 95 procent. Detta innebär att forskarna framgångsrikt skapade nästan alla enheter utan kortslutning, och är viktigt för att skala upp tillverkningen till en industriell nivå.

Trots rekordeffektivitet, laget tror att de kan driva sina framsteg ytterligare.

"Vi kan förbättra ljusabsorptionen för att öka elektrisk ström, och minimera energiförlusten för att öka spänningen, "Che sa." Baserat på beräkningar, en 18-procentig effektivitet förväntas inom en snar framtid för denna typ av multifunktionsenhet. "

Studien, "Hög tillverkning ger organiska tandemfotovoltaiker som kombinerar vakuum- och lösningsbehandlade subceller med 15% effektivitet, "publiceras i Naturenergi den 23 april, 2018.