Onderzoekers hebben ontdekt dat een elektrodecoating van slechts één molecuul dik de prestaties van een organische fotovoltaïsche cel aanzienlijk kan verbeteren. De coating presteert beter dan het toonaangevende materiaal dat momenteel voor deze taak wordt gebruikt en kan de weg vrijmaken voor verbeteringen in andere apparaten die afhankelijk zijn van organische moleculen, zoals lichtemitterende diodes en fotodetectoren.
In tegenstelling tot de meest voorkomende fotovoltaïsche cellen die kristallijn silicium gebruiken om licht te oogsten, vertrouwen organische fotovoltaïsche cellen (OPV's) op een lichtabsorberende laag van op koolstof gebaseerde moleculen. Hoewel OPV's de prestaties van siliciumcellen nog niet kunnen evenaren, zouden ze met behulp van printtechnieken gemakkelijker en goedkoper op zeer grote schaal kunnen worden geproduceerd.
Wanneer licht een fotovoltaïsche cel binnenkomt, maakt zijn energie een negatief elektron vrij en laat een positieve opening achter, bekend als een gat. Verschillende materialen verzamelen vervolgens de elektronen en gaten en leiden ze naar verschillende elektroden om een elektrische stroom op te wekken. In OPV's wordt een materiaal genaamd PEDOT:PSS veel gebruikt om de overdracht van gegenereerde gaten in een elektrode te vergemakkelijken; PEDOT:PSS is echter duur, zuur en kan de prestaties van de cel in de loop van de tijd verslechteren.
Het team heeft nu een beter alternatief voor PEDOT:PSS ontwikkeld. Ze gebruiken een veel dunnere coating van een gatentransporterend molecuul genaamd Br-2PACz, dat zich bindt aan een indiumtinoxide (ITO) -elektrode om een laag met één molecuul te vormen. De organische cel met Br-2PACz behaalde een stroomconversie-efficiëntie van 18.4 procent, terwijl een equivalente cel met PEDOT:PSS slechts 17.5 procent bereikte.
"Zeker verrast door de prestatieverbetering", zeggen leden van het onderzoeksteam. “Wij geloven dat Br-2PACz heeft het potentieel om PEDOT:PSS te vervangen vanwege de lage kosten en hoge prestaties.”
Br-2PACz verhoogde de efficiëntie van de cel op verschillende manieren. In vergelijking met zijn rivaal veroorzaakte het minder elektrische weerstand, verbeterde het gatentransport en liet het meer licht door naar de absorberende laag. Br-2PACz verbeterde ook de structuur van de lichtabsorberende laag zelf, een effect dat mogelijk verband houdt met het coatingproces.
De coating kan zelfs de recycleerbaarheid van de Zonnecel. De onderzoekers ontdekten dat de ITO-elektrode uit de cel kon worden verwijderd, van de coating kon worden ontdaan en vervolgens opnieuw kon worden gebruikt alsof hij nieuw was. PEDOT:PSS daarentegen maakt het oppervlak van de ITO ruw, zodat het slecht presteert als het in een andere cel wordt hergebruikt. "We verwachten dat dit een dramatische impact zal hebben op zowel de economie van OPV's als het milieu",.