Forscher haben herausgefunden, dass eine Elektrodenbeschichtung mit nur einem Molekül Dicke die Leistung einer organischen Photovoltaikzelle erheblich verbessern kann. Die Beschichtung übertrifft das derzeit führende Material, das derzeit für diese Aufgabe verwendet wird, und kann den Weg für Verbesserungen bei anderen Geräten ebnen, die auf organischen Molekülen basieren, wie z.
Im Gegensatz zu den gängigsten Photovoltaikzellen, die kristallines Silizium zur Lichtgewinnung verwenden, basieren organische Photovoltaikzellen (OPVs) auf einer lichtabsorbierenden Schicht aus Molekülen auf Kohlenstoffbasis. Obwohl OPVs noch nicht mit der Leistung von Siliziumzellen mithalten können, könnten sie mit Drucktechniken in sehr großem Maßstab einfacher und kostengünstiger hergestellt werden.
Wenn Licht in eine Photovoltaikzelle eintritt, setzt seine Energie ein negatives Elektron frei und hinterlässt eine positive Lücke, ein sogenanntes Loch. Verschiedene Materialien sammeln dann die Elektronen und Löcher und leiten sie zu verschiedenen Elektroden, um einen elektrischen Strom zu erzeugen. In OPVs wird häufig ein Material namens PEDOT:PSS verwendet, um die Übertragung erzeugter Löcher in eine Elektrode zu erleichtern; PEDOT:PSS ist jedoch teuer, sauer und kann die Leistung der Zelle mit der Zeit verschlechtern.
Das Team hat nun eine bessere Alternative zu PEDOT:PSS entwickelt. Sie verwenden eine viel dünnere Beschichtung eines lochtransportierenden Moleküls namens Br-2PACz, das an eine Indium-Zinn-Oxid (ITO)-Elektrode bindet, um eine Einzelmolekülschicht zu bilden. Die organische Zelle mit Br-2PACz erreichte eine Leistungsumwandlungseffizienz von 18.4 Prozent, während eine äquivalente Zelle mit PEDOT:PSS nur 17.5 Prozent erreichte.
„In der Tat überrascht von der Leistungssteigerung“, so die Mitglieder des Forschungsteams. „Wir glauben, Br-2PACz hat aufgrund seiner geringen Kosten und seiner hohen Leistung das Potenzial, PEDOT:PSS zu ersetzen.“
Br-2PACz steigerte die Effizienz der Zelle auf verschiedene Weise. Im Vergleich zu seinem Konkurrenten verursachte es einen geringeren elektrischen Widerstand, verbesserten den Lochtransport und ließ mehr Licht durch die absorbierende Schicht hindurchscheinen. Br-2PACz verbesserte auch die Struktur der lichtabsorbierenden Schicht selbst, ein Effekt, der mit dem Beschichtungsprozess zusammenhängen kann.
Die Beschichtung könnte sogar die Recyclingfähigkeit der Solarzelle. Die Forscher fanden heraus, dass die ITO-Elektrode aus der Zelle entfernt, von ihrer Beschichtung befreit und dann wie neu verwendet werden konnte. Im Gegensatz dazu raut PEDOT:PSS die Oberfläche des ITO auf, so dass es bei Wiederverwendung in einer anderen Zelle schlecht funktioniert. "Wir gehen davon aus, dass dies dramatische Auswirkungen sowohl auf die Wirtschaftlichkeit von OPVs als auch auf die Umwelt haben wird."