Ett trekomponents ljusupptagningsskikt ökar prestandan i en organisk solcell.

Att lägga till en extra ingrediens till det ljusfångande lagret av en framväxande solcellsteknologi kan avsevärt förbättra alla aspekter av dess energiskördande prestanda, KAUST -forskare har visat.

Teamet utvecklar ett alternativ till kiselsolteknik som kallas organiska solceller, som kan formuleras till bläck för lågkostnadsproduktion. Även om organiska solceller ännu inte riktigt matchar den ljusfångande effektiviteten hos kiselceller, trekomponentsdesignen för dem ett betydande steg närmare.

Det har skett betydande prestandavinster för organiska solceller på grund av en omprövning av deras formulering. Vanligtvis, cellerna består av två ljusfångande molekyler:en en elektrondonator och den andra en elektronacceptor, som hjälper till att dra isär de elektriska laddningarna som genereras när ljus träffar materialet. Tidiga organiska solceller använde molekyler som kallas fullerener som elektronacceptor, men dessa material hade nått en prestationsplatå.

"Uppkomsten av icke-fullerenacceptorer öppnade en ny horisont, öka den certifierade kraftomvandlingseffektiviteten från 10,9 procent till 15,6 procent på bara fyra år, "säger Xin Song, en doktorand i Derya Barans forskargrupp i KAUST Solar Center.

En nyare innovation är att lägga till en liten mängd av en tredje komponent-antingen en extra elektronacceptor eller en extra elektrondonator-i den organiska ljusskördblandningen. Den tredje komponenten kan förbättra bearbetbarheten och producera en högre kvalitet, högre prestanda lättskördande lager. Alternativt den kan absorbera ljusenergi vid våglängder som kompletterar de andra två komponenterna i blandningen.

Nu, Baran, Song och deras medarbetare har identifierat en tredje komponent som samtidigt förbättrar båda aspekterna av enhetens prestanda. Teamet införlivade en andra elektrondonator som heter BIT-4F-T i ett organiskt solmaterial. Denna molekyl valdes ut av flera skäl, Song förklarar:dess djupa joniseringspotential, vilket gynnar cellens elektroniska egenskaper; dess kompletterande ljusabsorption för att skörda mer ljus; och dess höga kristallinitet, vilket förbättrar bearbetbarheten.

Tillsammans, dessa förbättringar ökade solcellens prestanda med 15 procent jämfört med tvåkomponentsblandningen, vilket gör det möjligt för den att nå en total energiomvandlingseffektivitet för solenergi på 14 procent. Celler innehållande BIT-4F-T bibehöll också betydligt mer prestanda över tiden.

Teamet planerar sedan att undersöka om trekomponentsmaterialet kan tillverkas med en tillverkningsvänlig, storskalig beläggningsteknik samtidigt som den bibehåller överlägsen enhetsstabilitet, Sång säger. Forskarna kommer också att testa materialet i en tandemsolcell, belägga den ternära organiska blandningen på ett annat solmaterial. "Från vår simulering, tandemkonfigurationen kommer att driva effektiviteten över 17 procent, "säger Song.