Peilikuvamolekyylit parantavat orgaanisten aurinkokennojen suorituskykyä

Orgaaniset aurinkokennot on valmistettu johtavista polymeereistä, mikä tekee niistä halpoja, kevyitä ja joustavia. Yksi haittapuoli on kuitenkin se, että niiden hyötysuhde jää jälkeen parhaista piilaitteista – mutta tämä saattaa pian muuttua – sillä japanilaiset tutkijat ovat kehittäneet uuden menetelmän orgaanisten aurinkokennojen suorituskyvyn parantamiseksi.

Tutkimusartikkelissaan Osakan yliopiston tutkijat kuvaavat uusia puolijohtavia polymeerejä orgaanisille aurinkokennoille elektronivirtauksen ja hyötysuhteen parantamiseksi. Tämä saavutettiin muuttamalla akseptorimolekyylien symmetriaa, mikä voi parantaa orgaanisten aurinkokennojen hyötysuhdetta.

Orgaanisissa aurinkokennoissa elektronidonorit absorboivat valoa ja luovuttavat elektroneja elektronin vastaanottajamolekyyleille, jättäen jälkeensä elektroni aukkoja. Jotta sähköä voidaan tuottaa, elektronien ja aukkojen on pysyttävä erillään ja ne on siirrettävä ulkoiseen piiriin, jotta ne eivät yhdisty uudelleen.

Orgaanisilla puolijohtavilla polymeereillä on paljon voimakkaampi elektronien ja aukkojen välinen vetovoima kuin piipuolijohteilla, mikä tarkoittaa, että rekombinaatio on merkittävä este korkean hyötysuhteen saavuttamiselle orgaanisissa aurinkokennoissa.

Rekombinaation estämiseen voidaan vaikuttaa molekyylirakenteen symmetrialla. Nyt tutkittiin kiraalisesti kaksitahoisia ei-fullereenisia akseptoreita, joilla on kiraalisuudella indusoituva spin-selektiivisyys eli homokiraalista strategiaa orgaanisten aurinkokennojen suorituskyvyn parantamiseksi

”Tärkeintä oli, että ajattelimme näiden akseptorimolekyylien voivan osoittaa kiraalisuuden aiheuttamaa spin-selektiivisyyttä”, selittää vanhempi kirjoittaja Akinori Saeki. ”Tämä vaikutus on todella mielenkiintoinen, koska spin-polarisaatio erottaa elektronit ja aukot paremmin, joten se vähentää varausten rekombinaatiota, joka on merkittävä ongelma orgaanisissa aurinkokennoissa”, Saeki lisää.

Uudet akseptorimolekyylit aikaansaavat virran jossa yksi elektronien spinsuunta on 70%:sti hallitseva. Näin syntyneen spinpolarisoidun virran ansiosta orgaaniset aurinkokennot osoittivat noin 8 prosentin tehonmuunnoshyötysuhteen, mikä on kolme kertaa korkeampi kuin ei-kiraalisessa versiossa.

Aiheesta aiemmin:

2D-materiaalien nouseva rooli aurinkosähkössä

Jännitystä aurinkoenergian keräämiseen

Merkittäviä läpimurtoja perovskiiteissä