Samma kvalitet som buffrar en regnkappa mot skyfall eller en panna mot klibbig mat kan också öka prestandan hos solceller, enligt en ny studie från UNL-ingenjörer.

Publicerad 20 juli i tidskriften Naturkommunikation , studien visade att konstruering av en typ av organisk solcell på en "icke-vätande" plastyta gjorde den 1,5 gånger effektivare när det gäller att omvandla solljus till elektricitet.

Forskarna använde tekniken för att odla polykristallina celler, som är billigare, snabbare och enklare att tillverka än de som är gjorda av endast en enda kristall. Ändå har enkristallceller traditionellt skryt bättre effektivitet, delvis för att de innehåller mycket färre korn – fragment som liknar mikroskopiska pusselbitar.

Barriärerna mellan dessa korn minskar celleffektiviteten genom att fånga och rekombinera negativt laddade elektroner med deras positivt laddade "hål, " som idealiskt producerar elektrisk ström genom att migrera i motsatta riktningar efter deras separation av fotonbärande solljus.

Huvudförfattaren Jinsong Huang och hans team försökte minska antalet av dessa effektivitetsdränerande barriärer genom att öka storleken på själva kornen. Även om kornstorleken vanligtvis är begränsad till tjockleken på en solcell, Huangs team fann att en icke-vätande yta gjorde det möjligt för den att tillverka korn upp till åtta gånger större än cellen är tjock.

Som namnet antyder, en icke-vätande yta får vätska att pärla och rinna av istället för att spridas och absorberas vid kontakt. Huang och hans kollegor upptäckte att denna typ av yta verkade på korngränser på liknande sätt, accelererar deras rörelse och uppmuntrar bildandet av större korn när de utsätts för värme.

"Vi upptäckte att skillnaden är enorm, sa Huang, en Susan J. Rosowski docent i maskin- och materialteknik. "När du har två små korn smälter samman till ett större korn, vad som händer är att en gräns faktiskt flyttas från (mitten av två korn) till slutet av det ena eller det andra. Hur lätt dessa gränser rör sig kommer att avgöra hur snabbt dessa korn kan smälta samman och växa.

"En icke-vätande yta är halt, som när man häller olja på ett golv. Det är lättare för korngränsen att flytta eftersom vi minskar en del av dragkraften på den."

Denna glid-och-glid-kvalitet begränsade också närvaron av partiklar som kallas kärnor, som fungerar som frön från vilka kristallkorn spirar när en flytande förening stelnar. Den relativa bristen på dessa kärnor ledde naturligtvis till tillväxten av större korn med färre gränser, enligt Huang.

Att använda icke-vätande ytor som tillverkningsplatser kan också leda till förbättringar av annan teknik, studien rapporterade, möjligen i form av snabbare transistorer och känsligare fotodetektorer.

"När det kommer till elektroniska egenskaper, kristallinitet och kornstorlek bestämmer mycket, "Så det här är en enkel metod med många potentiella tillämpningar."