Para peneliti telah menemukan lapisan elektroda setebal satu molekul saja dapat secara signifikan meningkatkan kinerja sel fotovoltaik organik. Pelapisan mengungguli bahan terkemuka yang saat ini digunakan untuk tugas ini dan dapat membuka jalan untuk perbaikan pada perangkat lain yang mengandalkan molekul organik, seperti dioda pemancar cahaya dan fotodetektor.
Tidak seperti sel fotovoltaik paling umum yang menggunakan silikon kristal untuk memanen cahaya, sel fotovoltaik organik (OPV) mengandalkan lapisan molekul berbasis karbon yang menyerap cahaya. Meskipun OPV belum dapat menyaingi kinerja sel silikon, mereka bisa lebih mudah dan lebih murah untuk diproduksi dalam skala yang sangat besar menggunakan teknik pencetakan.
Ketika cahaya memasuki sel fotovoltaik, energinya membebaskan elektron negatif dan meninggalkan celah positif, yang dikenal sebagai lubang. Bahan yang berbeda kemudian mengumpulkan elektron dan lubang dan mengarahkannya ke elektroda yang berbeda untuk menghasilkan arus listrik. Dalam OPV, bahan yang disebut PEDOT:PSS banyak digunakan untuk memudahkan transfer lubang yang dihasilkan ke dalam elektroda; namun, PEDOT:PSS mahal, asam dan dapat menurunkan kinerja sel dari waktu ke waktu.
Tim sekarang telah mengembangkan alternatif yang lebih baik untuk PEDOT:PSS. Mereka menggunakan lapisan yang jauh lebih tipis dari molekul pengangkut lubang yang disebut Br-2PACz, yang mengikat elektroda indium tin oxide (ITO) untuk membentuk lapisan molekul tunggal. Sel organik menggunakan Br-2PACz mencapai efisiensi konversi daya sebesar 18.4 persen, sedangkan sel setara yang menggunakan PEDOT:PSS hanya mencapai 17.5 persen.
“Terkejut memang dengan peningkatan kinerja,” kata anggota tim peneliti. “Kami percaya Br-2PACz memiliki potensi untuk menggantikan PEDOT:PSS karena biayanya yang rendah dan kinerjanya yang tinggi.”
Br-2PACz meningkatkan efisiensi sel dalam beberapa cara. Dibandingkan dengan saingannya, hal itu menyebabkan hambatan listrik yang lebih kecil, meningkatkan transportasi lubang dan memungkinkan lebih banyak cahaya bersinar melalui lapisan penyerap. Br-2PACz juga meningkatkan struktur lapisan penyerap cahaya itu sendiri, efek yang mungkin terkait dengan proses pelapisan.
Pelapisan bahkan dapat meningkatkan kemampuan daur ulang dari sel surya. Para peneliti menemukan bahwa elektroda ITO dapat dikeluarkan dari sel, dilucuti lapisannya dan kemudian digunakan kembali seolah-olah baru. Sebaliknya, PEDOT:PSS membuat permukaan ITO menjadi kasar sehingga berkinerja buruk jika digunakan kembali di sel lain. “Kami mengantisipasi ini akan memiliki dampak dramatis pada ekonomi OPV dan lingkungan,”.