Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng một lớp phủ điện cực chỉ dày một phân tử có thể nâng cao đáng kể hiệu suất của tế bào quang điện hữu cơ. Lớp phủ tốt hơn vật liệu hàng đầu hiện đang được sử dụng cho nhiệm vụ này và có thể mở đường cho những cải tiến trong các thiết bị khác dựa trên các phân tử hữu cơ, chẳng hạn như điốt phát sáng và bộ tách sóng quang.
Không giống như các tế bào quang điện phổ biến nhất sử dụng silicon tinh thể để thu ánh sáng, tế bào quang điện hữu cơ (OPV) dựa vào một lớp hấp thụ ánh sáng của các phân tử gốc cacbon. Mặc dù OPV chưa thể sánh ngang với hiệu suất của tế bào silicon, nhưng chúng có thể dễ dàng hơn và rẻ hơn để sản xuất ở quy mô rất lớn bằng kỹ thuật in.
Khi ánh sáng đi vào tế bào quang điện, năng lượng của nó giải phóng một điện tử âm và để lại một khoảng trống dương, được gọi là lỗ trống. Các vật liệu khác nhau sau đó tập hợp các electron và lỗ trống và dẫn chúng đến các điện cực khác nhau để tạo ra dòng điện. Trong OPVs, một vật liệu được gọi là PEDOT: PSS được sử dụng rộng rãi để dễ dàng chuyển các lỗ được tạo ra thành điện cực; tuy nhiên, PEDOT: PSS đắt tiền, có tính axit và có thể làm suy giảm hoạt động của tế bào theo thời gian.
Nhóm nghiên cứu hiện đã phát triển một giải pháp thay thế tốt hơn cho PEDOT: PSS. Họ sử dụng một lớp phủ mỏng hơn nhiều của phân tử vận chuyển lỗ trống gọi là Br-2PACz, liên kết với điện cực indium thiếc oxit (ITO) để tạo thành một lớp đơn phân tử. Tế bào hữu cơ sử dụng Br-2PACz đạt hiệu suất chuyển đổi điện năng là 18.4%, trong khi một tế bào tương đương sử dụng PEDOT: PSS chỉ đạt 17.5%.
Các thành viên của nhóm nghiên cứu cho biết: “Thực sự ngạc nhiên bởi sự cải thiện hiệu suất. “Chúng tôi tin rằng Br-2PACz có tiềm năng thay thế PEDOT: PSS do chi phí thấp và hiệu suất cao. ”
Br-2PACz làm tăng hiệu quả của tế bào theo một số cách. So với đối thủ của nó, nó gây ra ít điện trở hơn, cải thiện vận chuyển lỗ và cho phép nhiều ánh sáng hơn chiếu qua lớp hấp thụ. Br-2PACz cũng cải thiện cấu trúc của chính lớp hấp thụ ánh sáng, một hiệu ứng có thể liên quan đến quá trình phủ.
Lớp phủ thậm chí có thể cải thiện khả năng tái chế của pin mặt trời. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng điện cực ITO có thể được lấy ra khỏi tế bào, loại bỏ lớp phủ của nó và sau đó được sử dụng lại như thể nó mới. Ngược lại, PEDOT: PSS làm thô bề mặt của ITO để nó hoạt động kém nếu được sử dụng lại trong một ô khác. “Chúng tôi dự đoán điều này sẽ có tác động lớn đến cả kinh tế của OPV và môi trường,”.