(PhysOrg.com) - Ett team av forskare från North Carolina State University och Storbritannien har funnit att den låga energiomvandlingshastigheten i solcellsteknologi av helt polymer orsakas av strukturen hos själva solcellerna. De hoppas att deras fynd ska leda till skapandet av effektivare solceller.
Polymera solceller är gjorda av tunna lager av interpenetrerande strukturer från två olika ledande plaster och blir alltmer populära eftersom de både är potentiellt billigare att tillverka än de som används för närvarande och kan "målas" eller tryckas på en mängd olika ytor, inklusive flexibla filmer gjorda av samma material som de flesta läskflaskor. Dock, dessa solceller är ännu inte kostnadseffektiva att tillverka eftersom de bara har en effektomvandlingsfrekvens på cirka tre procent, i motsats till 15 till 20 procents andel i befintlig solteknik.
"Solceller måste samtidigt vara tillräckligt tjocka för att absorbera fotoner från solen, men har strukturer som är tillräckligt små för att den infångade energin – känd som en exciton – ska kunna resa till platsen för laddningsseparering och omvandling till den elektricitet som vi använder, säger Dr Harald Ade, professor i fysik och en av författarna till en artikel som beskriver forskningen. "Solcellerna fångar fotonerna, men exciton har för långt att resa, gränssnittet mellan de två olika plasterna som används är för grovt för effektiv laddningsseparering, och dess energi går förlorad."
Forskarnas resultat visas online i Avancerade funktionella material och Nanobokstäver .
För att solcellen ska bli mest effektiv, Ade säger, lagret som absorberar fotonerna bör vara cirka 150-200 nanometer tjockt (en nanometer är tusentals gånger mindre än bredden på ett människohår). Den resulterande excitonen, dock, ska bara behöva resa en sträcka på 10 nanometer innan laddningsseparering. Det sätt som polymera solceller för närvarande är uppbyggda på hindrar denna process.
Ade fortsätter, "I det helt polymera systemet som undersöktes, det minsta avståndet som excitonen måste färdas är 80 nanometer, storleken på strukturerna som bildas inuti den tunna filmen. Dessutom, hur enheter för närvarande tillverkas, gränssnittet mellan strukturerna är inte skarpt definierat, vilket betyder att excitonerna, eller avgifter, bli fångad. Nya tillverkningsmetoder som ger mindre strukturer och skarpare gränssnitt måste hittas.”
Ade och hans team planerar att titta på olika typer av polymerbaserade solceller för att se om deras låga effektivitet beror på samma strukturella problem. De hoppas att deras data kommer att leda till att kemister och tillverkare utforskar olika sätt att sätta ihop dessa celler för att öka effektiviteten.
"Nu när vi vet varför den befintliga tekniken inte fungerar så bra som den skulle kunna, våra nästa steg kommer att vara att titta på fysikaliska och kemiska processer som kommer att rätta till dessa problem. När vi väl får en baslinje för effektivitet, vi kan omdirigera forsknings- och tillverkningsinsatser.”
