Marknaden för organiska solceller förväntas växa med mer än 20 % mellan 2017 och 2020, drivs av fördelar jämfört med traditionella kiselsolceller:de kan massproduceras i skala med hjälp av rull-till-rulle-bearbetning; materialen som består av dem kan lätt hittas i jorden och skulle kunna appliceras på solceller genom grön kemi; de kan vara halvtransparenta och därför mindre visuellt påträngande – vilket betyder att de kan monteras på fönster eller skärmar och är idealiska för mobila enheter; de är extremt flexibla och kan sträcka sig; och de kan vara extremt lätta.

Till skillnad från kiselsolceller, dock, organiska celler är mycket känsliga för fukt, syre och solljus i sig. Den senaste saneringen innebär inkapsling av cellen, vilket ökar produktionskostnaden och enhetsvikten, samtidigt som effektiviteten minskar.

Forskare vid New York University Tandon School of Engineering har upptäckt ett anmärkningsvärt sätt att göra organiska solpaneler mer robusta, inklusive att ge motstånd mot syre, vatten och ljus genom att göra motsatsen:ta bort, lägger inte till, material.

Laget, ledd av André Taylor, professor i kemisk och biomolekylär teknik vid NYU Tandon School of Engineering, och inklusive Jaemin Kong, en postdoktorand forskare vid NYU, och forskare vid Yale Universitys labb för transformativa material och enheter, utförde den molekylära motsvarigheten till hårborttagning genom vaxning:de använde en självhäftande tejp för att avlägsna de elektronaccepterande molekylerna – det konjugerade fullerenderivatet fenyl-C61-smörsyrametylester (PCBM) – från den översta ytan av det fotoaktiva lagret av solen cell, lämnar endast icke-reaktiva organiska polymerer exponerade. En av de största bovarna i anordningsnedbrytning är oxidationen av dessa fullerenderivat. Att ta bort PCBM från den exponerade filmytan minskar risken för möten med oxidationskällor som syremolekyler och vatten, det senare är särskilt skadligt för PCBM.

I organiska solceller under vattnet via selektivt avlägsnande av elektronacceptorer nära den övre elektroden, en omslagsartikel i aprilnumret av ACS Energibrev , teamet testade en organisk cell vars aktiva lager är en blandning av PCBM och den mer motståndskraftiga konjugerade polymeren, poly(3-hexyltiofen) (P3HT). Efter att ha applicerat den självhäftande tejpen på ytan av det fotoaktiva lagret av filmen, de behandlade cellen med värme och tryck, och, när filmen hade återgått till rumstemperatur, tog långsamt bort tejpen från filmytan.

Efteråt, endast sex procent av PCBM-acceptorkomponenterna återstod, enligt utredarna, skapa en polymerrik yta. De förklarade att detta minimerade kontakten mellan fullerenelektronacceptorerna med syre- och vattenmolekyler, medan den polymerrika ytan dramatiskt förbättrade vidhäftningen mellan det fotoaktiva skiktet och den översta metallelektroden, ?vilket råkar förhindra ett annat problem som kommer med flexion:delaminering av elektroden.

"Våra resultat visar slutligen att det selektiva avlägsnandet av elektronacceptorer nära den övre elektroden leder till mycket hållbara organiska solceller som till och med kan fungera under vatten utan inkapsling, " sa Taylor.

Lade till Kong, "Vi visade hur mycket längre cellen varar under exponering för vatten utan betydande effektivitetsförlust, sade Kong. ""Dessutom, med vår tejpavlägsningsteknik kan vi styra kompositionsfördelningen i vertikal riktning av det fotoaktiva lagret, vilket följaktligen leder till bättre laddningsuttag ur solcellerna."

Taylor sa att stresstester efter proceduren inkluderade att utsätta solenheterna för 10, 000 cykler av böjning för att visa att tekniken är robust. Han förklarade att det också ger vattenbeständighet till organiska solceller, en välsignelse för produkter som soldrivna dykklockor.

"Men om du tittar på det uppenbara användningsfallet för solpaneler, du måste se till att organiska solceller kan konkurrera med kisel på hustak, i regn och snö. Det är där organiska solceller helt enkelt inte har kunnat konkurrera på länge. Vi visar en väg för att göra detta möjligt, " sa Taylor.