(PhysOrg.com) -- Organiska solceller kan vara ett steg närmare marknaden på grund av mätningar som gjorts vid National Institute of Standards and Technology (NIST) och U.S. Naval Research Laboratory (NRL), där ett team av forskare har utvecklat en bättre grundläggande förståelse för hur man optimerar cellernas prestanda.

Prototypsolceller gjorda av organiska material ligger för närvarande långt efter konventionella kiselbaserade solceller när det gäller elproduktion. Men om ens någorlunda effektiva organiska celler kan utvecklas, de skulle ha sina egna fördelar:de skulle kosta mycket mindre att producera än konventionella celler, kan täcka större områden, och skulle kunna återvinnas mycket lättare.

Cellerna som teamet studerade är gjorda genom att stapla upp hundratals tunna lager som växlar mellan två olika organiska material - zinkftalocyanin och C ₆₀ , de fotbollsformade kolmolekylerna som ibland kallas buckminsterfullerenes, eller "buckyballs." Ljus som träffar den här flerskiktsfilmen exciterar alla dess lager från topp till botten, får dem att ge upp elektroner som flyter mellan buckyball- och ptalocyaninlagren, skapar en elektrisk ström.

Varje lager är bara några nanometer tjockt, och att variera deras tjocklek har en dramatisk effekt på hur mycket elektrisk ström den totala cellen avger. Enligt NIST-kemist Ted Heilweil, att bestämma den ideala tjockleken på skikten är avgörande för att göra de bäst presterande cellerna.

"I huvudsak om lagren är för tunna, de genererar inte tillräckligt med elektroner för att en betydande ström ska flyta, men om de är för tjocka, många av elektronerna fastnar i de enskilda lagren, ” säger Heilweil. "Vi ville hitta den söta platsen."

Att hitta den "sweet spot" innebar att utforska förhållandet mellan lagertjocklek och två olika aspekter av materialet. När ljus träffar filmen, skikten genererar en initial "spets" i strömmen som sedan avtar ganska snabbt; den ideala cellen skulle generera elektroner så stadigt som möjligt. Ändring av skikttjockleken påverkar den initiala avklingningshastigheten, men det påverkar också materialets totala förmåga att bära elektroner, så teamet ville hitta den optimala kombinationen av dessa två faktorer.

Paul Lane från NRL odlade ett antal filmer som hade lager av olika tjocklek, och teamet gjorde mätningar vid båda labben som tog hänsyn till de två faktorerna, att finna att lager på ungefär två nanometer tjocka ger bäst prestanda. Heilweil säger att resultaten uppmuntrar honom att tro att prototypceller baserade på denna geometri kan optimeras, även om ett tekniskt hinder kvarstår:att hitta det bästa sättet att få ut elektriciteten.

"Det är fortfarande oklart hur man bäst införlivar sådana tunna nanolager i enheter, ” säger han. "Vi hoppas kunna utmana ingenjörer som kan hjälpa oss med den delen."