Det största hindret för att använda solenergi har varit det alltför höga priset på solceller gjorda av oorganiska halvledare. I kontrast, solceller baserade på halvledande polymerer är prisvärda, ljus, tunn, och flexibel -- men deras prestanda har saknats. Ett team som leds av Chain-Shu Hsu vid National Chaio Tung University och Yuh-Lin Wang vid Academia Sinica i Taiwan har nu utvecklat ett nytt tillvägagångssätt som använder fullerennanoroder för att avsevärt öka effektiviteten hos polymerbaserade solceller. De presenterar sitt arbete i tidskriften Angewandte Chemie .
I det fotoaktiva lagret av en solcell, ljusenergi gör elektroner fria. Detta lämnar efter sig positivt laddade luckor eller "hål". Elektroner och hål måste separeras snabbt och effektivt, eller så kombinerar de om och minskar solcellens kraft. Effektiviteten hos en solcell beror alltså på hur väl den resulterande laddningen leds bort och transporteras till elektroderna.
I polymersolceller, det är möjligt att uppnå en mer effektiv laddningsseparation genom tillägg av acceptorer, såsom fullerener, som tar upp elektroner. Ett mycket lovande koncept är att bädda in acceptormolekylerna i en oordnad matris gjord av fotoaktiva polymerkedjor. Gränsytan mellan de två komponenterna sprids således över hela lagret. Denna konstruktion är känd som en "bulk-heterokontakt". Efter laddningsseparering, elektronerna och hålen finns i olika molekylsystem, som transporterar dem selektivt till motsatta elektroder.
Problemet är att de två materialen inte är jämnt fördelade. Resvägarna för avgifterna är alltså oordnade, så att hål och elektroner lätt kan möta varandra. Dessutom, laddningsseparerade öar kan förekomma. Lösningen skulle vara en "beställd bulk-heterokontakt", en periodisk struktur av vertikalt riktade, interpenetrerande områden av båda materialen. Elektroner och hål skulle då ha raka vägar som inte korsar varandra. Dock, det har tidigare inte varit möjligt att producera något effektivt fotolager med denna princip, eftersom komponenterna inte är molekylärt blandade, gör elektronbanorna för långa för att producera effektiv laddningsseparation.
De taiwanesiska forskarna bestämde sig för att kombinera de två strukturella principerna. Genom att använda en nano-gjutningsprocess, de producerade ett lager av vertikalt orienterade nanorods från ett tvärbindande polymert fullerenmaterial. Mellanrummen mellan stavarna fylldes med en blandning gjord av en fotoaktiv polymer och en fulleren. Detta lager säkerställer effektiv laddningsseparation, och genomträngningen av fullerennanoroderna säkerställer ordnad – och därmed effektiv – laddningstransport. Solceller tillverkade med detta nya kombinerade fotolager är stabila och uppnår otroligt hög prestanda.
