Nytt material höjer prestanda i plastsolceller

Solceller blir betydligt billigare om de tillverkas av plast i stället för kisel, men hittills har effektiviteten varit för låg. Nu har forskare i Linköping och Peking designat ett nytt material som höjer prestanda.

Resultaten som publiceras i den vetenskapliga tidskriften Journal of American Chemical Society (JACS) innebär en verkningsgrad på 5,4 procent vilket är i nivå med de bästa värden som uppnåtts i polymera solceller.

Det nya materialet, kallat HXS-1, är uppbyggt av plana polymerkedjor, med en struktur som underlättar transporten av elektroner. Bakom uppfinningen står forskaren Fengling Zhang vid Linköpings universitet i samarbete med kolleger i Peking. Komponenter och mätningar gjordes i laboratoriet vid LiU och på Fraunhoferinstitutet i tyska Freiburg.

En solcell fångar upp ljusenheter, fotoner, från solstrålningen. I ett blandat skikt av polymerkedjor och fullerener ("fotbollsmolekyler" med 60 eller 70 kolatomer) förs energin över till elektroner som skapar en elektrisk ström. På vägen sker avsevärda energiförluster.

I en artikel i tidskriften Nature Materials lägger nu forskarna Olle Inganäs och Kristoffer Tvingstedt, tillsammans med belgiska kolleger, fram en experimentell studie som visar att i blandningen mellan polymer och fulleren skapas nya elektroniska tillstånd, en virtuell halvledare med nya egenskaper. Denna halvledare bestämmer solcellens fotospänning. I förlängningen kan den observationen också användas för att bestämma övre gränser för prestanda i plastsolceller med ideala material. De ligger långt över dagens bästa värden.

- Vi har med andra ord inga fundamentala hinder för att ta oss en bra bit över de tio procent i effektivitet som världen önskar, säger Olle Inganäs, professor i biomolekylär och organisk elektronik vid LiU.

Artiklar:
A planar copolymer for high efficiency polymer solar cells, av R. Qin, W. Li, C. Li, C. Veit, H-F. Schleiermacher, M. Andersson, Z. Bo, Z. Liu, O. Inganäs, U. Wuerfel och F. Zhang. J. Am. Chem. Soc. vol 131/41, oktober 2009.

On the origin of the open-circuit voltage in polymer:fullerene composite solar cells, av K. Vandewal, K. Tvingstedt, A. Gadisa, O. Inganäs och J. V. Manca. Nature Materials Advance Online Publication oktober 2009.

Kontakt:
Professor Olle Inganäs
013-281231, 070-5380981, ois@ifm.liu.se