Organiska solceller ett steg närmare kommersialisering

LiU-forskare har, tillsammans med amerikanska och kinesiska kolleger, demonstrerat organiska solceller med betydligt lägre drivkrafter än tidigare. Resultaten har publicerats i Nature Energy.

En stor grupp forskare under ledning av Feng Gao, universitetslektor vid Avdelningen för biomolekylär och organisk elektronik vid LiU och He Yan vid The Hong Kong University of Science and Technology, har tagit fram organiska solceller där förlusten av fotonens energi bara är 0,61 eV, jämfört med de 0,88 eV som är den lägsta man uppmätt tidigare.

Det betyder att energiförlusterna i de organiska solcellerna nu närmar sig nivåerna på 0,5 eV i de kiselbaserade, oorganiska solcellerna, vilket innebär ytterligare ett steg närmare kommersialisering.

När solen skickar energirika fotoner mot den organiska halvledande polymeren i solcellen flyttar sig elektroner till ett exciterat tillstånd. Det bildas ett hål i grundtillståndet som elektronen fortfarande attraheras av. Drivkraften är då, något förenklat, ett mått på den energi som går åt för att lösgöra elektronen från det exciterade tillståndet och få igång själva laddningstransporten i solcellen. För att frigöra elektronen kombineras polymeren i solcellen med ett acceptor. Ju lägre drivkraft som behövs för att skapa fria laddningar – ju lägre energiförlust – desto effektivare solcell.

Tidigare har man använt kolföreningar, fullerener, som acceptorer. De ökar visserligen effektiviteten, men gör också solcellen instabil och värmekänslig. Här har forskarna använt en ny typ av polymer i solcellen, men också en ny och stabil acceptormolekyl, bestående av kol, kväve, väte och syre, som ger en ultrasnabb laddningsbildning med en låg drivkraft.

– Vi har här fått fram ett system med stor potential att öka energieffektiviteten i de organiska solcellerna, säger Feng Gao.

Forskargruppen, där även LiU-professorerna Olle Inganäs och Fengling Zhang samt postdoktor Jonas Bergqvist och doktoranden Deping Qian ingår, har i artikeln demonstrerat solceller med en energieffektivitet på 9,5 procent, vilket betyder att 9,5 procent av energin i solstrålarna omvandlas till el.

Rekordet i energieffektivitet för de organiska solcellerna ligger på cirka 11 procent och det innehas av en forskargrupp där Feng Gao, Olle Inganäs och Deping Qian ingår. Den artikeln publicerades tidigare i våras i Advanced materials.

Fast charge separation in a non-fullerene organic solar cell with a small driving force, Jing Liu, Shangshang Chen, Deping Qian, Bhoj Gautam, Guofang Yang, Jingbo Zhao, Jonas Bergqvist, Fengling Zhang, Wei Ma, Harald Ade, Olle Inganäs, Kenan Gundogdu, Feng Gao & He Yan Nature Energy 1, Article number: 16089 (2016) DOI: 10.1038/nenergy.2016.89

Kontakt: Feng Gao, feng.gao@liu.se, +46 13 28 68 82