Nya hus kan snart infria ett efterlängtat löfte och ha fönster eller takpannor som skördar solenergi, forskning gjord vid KAUST tyder på.

Derya Baran, på KAUST Solar Center, och hennes kollegor har utvecklat ett fotovoltaiskt organiskt material som fångar ljus effektivt och som potentiellt skulle kunna beläggas på byggmaterial.

Traditionella takmonterade solpaneler är gjorda av plattor av kisel, men organiska molekyler kan också fånga energi från solljus. Dessa molekyler skulle kunna formuleras som billiga tryckbara bläck som appliceras på vanliga byggnadskomponenter som fönster. Att förvandla solljus till elektricitet är en process i flera steg, och nyckeln till att utveckla högpresterande organiska fotovoltaiska material har varit att hitta organiska molekyler som är bra i varje steg, Baran förklarar.

När ljus träffar ett organiskt fotovoltaiskt material slår det fri en elektron, lämnar efter sig ett positivt laddat hål. Om den motsatt laddade elektronen och hålet rekombinerar, den fångade energin går förlorad. Således, organiska solceller innehåller en blandning av elektrondonator- och elektronacceptormolekyler för att dra isär laddningarna.

"När jag började min forskarutbildning 2015, det var mycket hype om fulleren-buckyball-derivat som acceptorer, och rekordeffektivitet var runt 10-11 procent med dålig stabilitet, " minns Baran. Men fullerener har flera nackdelar - inte minst, relativt dålig ljusabsorption - så Baran har undersökt icke-fullerenacceptorer. "Nu rapporteras effektivitetsvinster på upp till 17 procent, " säger hon. "Jag tror att dessa acceptorer kommer att forma framtiden för organiska solceller."

Icke-fullerenacceptorn, känd som EHIDTBR, bedömd av Baran och hennes kollegor erbjuder flera fördelar:Teamet visade att förutom att starkt absorbera synligt ljus, det blandade väl med elektrondonatorkomponenten, vilket är viktigt för långsiktig stabilitet och prestanda.

EHIDTBR var också mycket effektiv på att dissociera excitoner och förhindra rekombination - en egenskap som borde göra det lätt att tillverka, säger Baran. I material där rekombinationen är hög, det ljusupptagande skiktet måste vara mycket tunt så att laddningarna snabbt når elektrodskiktet, minimera deras chans att kombinera om. Men dessa ultratunna lager är utmanande att tillverka. "Tjockare filmer är lättare att skriva ut, särskilt när de behöver skalas upp för tillverkning, säger Baran.

Att skala upp tekniken är lagets nästa steg, tillägger Baran. "Vi har ett spin-out företag från KAUST Solar Center och genom detta företag vill vi göra solcellsfönster för elproduktion."