Organiska solceller (OSC) har drivit sin effektivitet till över 10 procent för att nå en hållbar nivå för kommersialisering. Dock, ökningen av det fotoaktiva skiktets tjocklek har resulterat i lägre effektivitetsnivåer, vilket därför medför mycket komplex tillverkningsprocess.

Ett forskarlag, ledd av professor Changduk Yang och hans forskargrupp vid School of Energy and Chemical Engineering vid UNIST, har introducerat en ny metod som kan lösa problem i samband med tjockleken på de fotoaktiva skikten i OSC:er. I studien, forskarna lyckades få en verkningsgrad på 12,01 procent i de organiska solcellerna, med användning av en icke-fulleransacceptor (IDIC) i det fotoaktiva lagret. Dessutom, det nya fotoaktiva lagret bibehöll sin ursprungliga effektivitet, även när den maximala uppmätta tjockleken ligger inom intervallet 300 nm. Detta kommer att hjälpa till att påskynda designprocessen, samt ytterligare kommersialisering av OSC:er.

"Fotoaktiva lager i de befintliga OSC:erna är ganska tunna (100 nm), och därför har det varit omöjligt att hantera dem via storarea utskriftsprocess, " säger professor Yang. "Det nya fotoaktiva lagret behöll sin ursprungliga effektivitet, även när den maximala uppmätta tjockleken ligger inom intervallet 300 nm."

Konventionella solceller är oorganiska solceller som är gjorda av kisel (Si) halvledare. Även om dessa solceller är mycket effektiva och stabila, de är oflexibla och dyra, alltså utmanande att producera. Därför, de senaste åren, lätta organiska solceller (OSC) och perovskitsolceller har fått stor uppmärksamhet som de lovande kandidaterna för nästa generations solceller.

Även om OSC:er uppvisar hög stabilitet och reproducerbarhet, effektivitetsnivån för OSC:er är inte alls lika hög som den för perovskitsolcellerna. I studien, Professor Yang har löst problemen som är förknippade med tjockleken på de fotoaktiva lagren i OSC:er, därigenom ta ett steg närmare förverkligandet av storarea tryckprocess.

Fotoaktiva skikt som används i solceller omvandlar solenergi till elektrisk energi. När dessa lager utsätts för solljus, de exciterade elektronerna flyr från atomen och genererar fria elektroner och hål i en halvledare. Här, den elektriska energin tillförs genom rörelse av elektroner och hål. Överföringen av elektroner kallas "Kanal I", medan rörelsen av hål refererar till som "Channel II".

"Fullerenbaserade solceller använder endast 'Channel I' på grund av ineffektiv ljusabsorption i de tunna aktiva skikten, " säger Sang Myeon Lee i det kombinerade M.S./Ph.D.-programmet vid School of Energy and Chemical Engineering vid UNIST, studiens första författare. "Nya solceller kan använda både kanal I och kanal II, därigenom uppnå en hög effektivitetsnivå på 12,01 procent."

"Denna studie belyser vikten av att optimera avvägningen mellan laddningsseparation/transport och domänstorlek för att uppnå högpresterande NF-PSCs, " säger professor Yang. "Vi kommer att bidra till produktion och kommersialisering av högeffektiva organiska solceller i framtiden."

"Vår studie presenterar en ny väg för syntes av icke-fulleren fotoaktiva material, " säger professor Yang. "Vi hoppas kunna bidra ytterligare till produktion och kommersialisering av högeffektiva OSCs-celler."