Parannuksia orgaanisille aurinkokennoille

Uusi elektroneja hyväksyvä molekyyli TACIC voi pitää viritetyn tilansa 50 kertaa pidempään kuin aiemmin käytetyt.

Orgaanisista aurinkokennoista odotetaan tulevan seuraavan sukupolven aurinkokennoja, koska ne käyttävät halvempia komponentteja, ja ovat kevyempiä, joustavampia ja helposti valmistettavia verrattuna nykyisin käytettyihin epäorgaanisiin aurinkokennoihin.

Mutta niiden hyötysuhde on edelleen suhteellisen alhainen.

Kioto-yliopiston integroitujen kennomateriaalitieteiden instituutin (iCeMS) tutkijat kehittivät uuden suunnittelutavan, joka kohdistuu kennon energiaa tuottavan kerroksen molekyylirunkoon.

Orgaanisessa aurinkosähkössä sähköä tuottava kerros sisältää molekyylejä, jotka joko luovuttavat tai hyväksyvät elektroneja. Tämä ohut kerros absorboi valoa, virittäen molekyylejä, jotka tuottavat varauksia ja siten sähkövirtaa. Mutta jotta valo muuttuisi tehokkaasti sähköksi, elektroneja hyväksyvän komponentin on pysyttävä virittyneenä.

Yksi orgaanisten kennojen tyyppi on erittäin hyvä absorboimaan laajaa spektriä valoa, mutta ei pysy virittyneenä. Yrittäen puuttua tähän, Imahori, Umeyama ja heidän kollegansa Japanissa kohdistivat työnsä kennon elektroneja hyväksyvän komponentin molekyylirunkoon. Erityisesti he korvasivat keskirenkaan thienoazacoronene -molekyylillä, luomalla uuden molekyylin nimeltä TACIC.

Kuten edeltäjänsä, TACIC absorboi laajasti näkyvää ja lähi-infrapunavalon spektriä. Merkittävää on, että se säilytti viritetyn tilansa 50 kertaa pidempään muuttaen yli 70% valohiukkasista virraksi. Suunnitelma saavutti tämän vakauttamalla värinää ja pyörimistä, joita normaalisti tapahtuu valon absorboitumisen yhteydessä, säästäen näin kineettistä energiaa ja helpottamalla molekyylien välistä vuorovaikutusta.

Kennon tehonmuuntotehokkuus on edelleen vajaat 10 %, mikä on verrattavissa muihin tutkittaviin orgaanisiin aurinkokennoihin. Ryhmä uskoo, että uuden molekyylin sivuketjujen ja ydinrakenteen muutokset voisivat edelleen parantaa orgaanisten aurinkokennojen tehokkuutta.

TU Dresdenin ja Hasseltin yliopistojen tutkijat selvittivät fysikaalisia syitä, jotka rajoittavat uusien orgaanisiin molekyylimateriaaleihin perustuvien aurinkokennojen tehokkuutta.

Tutkimuksessa osoitettiin, että ns. nollapistevärähtelyillä - kvanttifysiikan vaikutuksella, joka luonnehtii liikettä absoluuttisessa lämpötilassa nolla - voi olla merkittävä vaikutus jännitehäviöihin.

Nämä jännitehäviöt voidaan nyt ennustaa elektronisten ja värähtelevien molekyyliparametrien perusteella.

Tulokset tarjoavat tärkeää tietoa uusien orgaanisten materiaalien edelleen kehittämiseksi ja parantamiseksi.

Aiheesta aikaisemmin: Vakaampia orgaanisia aurinkokennoja