UC doktorand Yan Jin kommer att presentera sin solcellsforskning vid mötet med American Physical Society.
Ett forskningspartnerskap från University of Cincinnati rapporterar framsteg om hur man en dag kan göra solceller starkare, lättare, mer flexibel och billigare jämfört med dagens kisel- eller germaniumteknologi på marknaden.
Yan Jin, en UC-doktorand på materialvetenskaps- och ingenjörsprogrammet, Institutionen för biomedicin, Kemisk, och miljöteknik, kommer att rapportera resultat den 2 mars, vid American Physical Society Meeting i San Antonio, Texas.
Jin kommer att presentera hur en blandning av konjugerade polymerer resulterade i strukturella och elektroniska förändringar som ökade effektiviteten tre gånger, genom att inkorporera orörd grafen i det aktiva lagret av de kolbaserade materialen. Tekniken resulterade i bättre laddningstransport, kortslutningsström och en mer än 200-procentig förbättring av enheternas effektivitet. "Vi undersökte de morfologiska förändringarna som ligger bakom denna effekt genom att använda småvinklar neutronspridning (SANS) studier av deutererad-P3HT/F8BT med och utan grafen, säger Jin.
Partnerskapet med Oak Ridge National Laboratory, USA:s energidepartement, undersöker hur man kan förbättra prestandan hos kolbaserade syntetiska polymerer, med det yttersta målet att göra dem kommersiellt konkurrenskraftiga.
Till skillnad från de kisel- eller germaniumdrivna solcellerna på marknaden, polymerämnen är billigare och mer formbara. "Det skulle vara den sortens cell som du kan rulla ihop som ett lakan, lägg den i ryggsäcken och ta den med dig, " förklarar Vikram Kuppa, Jins rådgivare och biträdande professor vid UC i kemiteknik och materialvetenskap.
UC biträdande professor Vikram Kuppa och Yan Jin.
En av de största utmaningarna med polymer-halvledare är att de har betydligt lägre laddningstransportkoefficienter än traditionella, oorganiska halvledare, som används i den nuvarande soltekniken. Även om polymerceller är tunnare och lättare än oorganiska enheter, dessa filmer fångar också en mindre del av det inkommande ljusets våglängder och är mycket mindre effektiva när det gäller att omvandla ljusenergi till elektricitet.
"Vårt tillvägagångssätt är betydelsefullt eftersom vi nu har visat en toppförbättring på över 200 procent på några olika system, i huvudsak en trefaldig ökning av cellens effektivitet genom att ta itu med det grundläggande problemet med dålig laddningstransport, säger Kuppa.
Jin ledde forskningen som utfördes vid Oak Ridge National Laboratory och vid UC:s organiska och hybridfotovoltaiska laboratorium vid UC College of Engineering and Applied Science (CEAS). "Vi upptäcker att dessa förbättringar är resultatet av förbättringar i både laddningsmobilitet och morfologi, " säger Jin. "Morfologin är relaterad till den fysiska strukturen hos blandningen i polymerfilmerna och har en stark inverkan på prestandan och effektiviteten hos de organiska fotovoltaiska (OPV) cellerna."
Yans framtida forskning fortsätter om undersökningen av morfologi och dess koppling till solcellsprestanda. En del av den forskningen kommer att bedrivas på toppmoderna, Ultra Small Angle X-ray Scattering (USAXS) utrustning som kommer till College of Engineering and Applied Science vid UC, resultatet av en Major Instrumentation Award till Kuppa från National Science Foundation. Kuppa säger att $400, 000 utrustning är bara den andra i sitt slag vid ett universitet i USA och den första sådan instrumentering med flera källor och brett mätområde.
