Bläckstråleutskrifter förväntas snabba upp kommersialiseringen av organiska solceller. Forskare från KAUST Solar Center har utnyttjat denna teknik för att generera högeffektiva solceller i stor skala.

Organiska fotovoltaiska material kan snart ersätta oorganiska halvledare i solcellsdrivna enheter på grund av deras lätthet, flexibilitet och låg kostnad. Dessa material är lätta att modifiera och bearbeta i lösning, vilket gör dem mycket attraktiva för anpassning och storskalig produktion. Särskilt, skräddarsydda solcellsdesigner kan användas tillsammans med annan tryckt elektronik för att driva en uppsjö av applikationer, såsom engångselektronik, intelligent förpackning, interaktiva tryckta medier och lab-on-a-chip-enheter.

Nonfullerenacceptorer är framväxande material som har hjälpt till att öka effektiviteten hos organiska solceller nära kommersialisering. Dessa komponenter blandas vanligtvis med elektrondonatorer i ett ljuskänsligt elektrokemiskt skikt. De har visat sig effektiva för att dra isär de ljusgenererade elektronparen och negativt laddade hål och bibehålla elektrisk ström när de utsätts för solljus. Dock, Uppskalnings- och tillverkningsutmaningar har hindrat ansträngningarna att överföra dessa material från laboratoriet till industriella och konsumentfärdiga vågar.

För att överbrygga denna klyfta, Derya Baran och hennes kollegor har konstruerat bläckstråleskrivbara solenergimaterial som innehåller en icke-fullerenacceptor och deponerat dessa bläck över stora ytor för att producera fotovoltaiska celler. De resulterande enheterna uppnådde en effektivitet på sex procent, vilket är jämförbart med effektiviteten hos deras spinnbelagda analoger.

Ph.D. kandidaten Daniel Corzo förklarar att bläckstråleutskrift ger flera fördelar jämfört med traditionell spin-coating och blade-coating avsättningstekniker, inklusive låg materialförbrukning och snabba designförändringar genom digitala plattformar. "Detta möjliggör låg kostnadstillverkning, mönstrar till komplexa former, och flerskiktad enhetstillverkning utan behov av flerstegslitografi, " han lägger till.

Forskarna optimerade tryckprocessen genom att justera bläckets viskositet och förångningsbeteende för att förbättra både hur dropparna sprutades ut och hur de interagerade med substratytan. Enligt Corzo, denna optimering har gett en repeterbar och kommersiellt skalbar process.

Barans team tillverkade också högeffektiva sköldpaddsformade enheter, visa potentialen för att processen kan anpassas. "Det är fantastiskt att vi nu kan tillverka solceller med komplexa former med en knapptryckning, öppnar dörren för en mängd olika applikationer, " säger Corzo.

Forskarna utvecklar för närvarande heltryckta organiska solceller och förbättrar celleffektiviteten med hjälp av material med högre prestanda. De undersöker också sätt att integrera enheterna i moduler och med annan tryckt elektronik för självdriven autonom avkänning.