Uutta puhtia orgaanisille aurinkokennoille

Linköpingin yliopiston tutkijat ovat osoittaneet, kuinka orgaanisista aurinkokennoista voi tulla aiempaa tehokkaampia. Ratkaisuna on pidentää materiaalin elektronien viritysaikaa, mikä johtaa parempaan suorituskykyyn.

Orgaanisten aurinkokennojen hyötysuhde on noussut noin 10 prosentista yli 20 prosenttiin kymmenessä vuodessa. Tutkijat ovat olettaneet, että parannuksen raja on saavutettu. Tähän asti.

”Tässä tutkimuksessa osoitamme, että tehokkuus nousee uudelle tasolle. Uuden ymmärryksemme avulla tutkimusyhteisö voi mahdollisesti parantaa tehokkuutta lähemmäs sen käytännön rajoja”, sanoo Feng Gao, optoelektroniikan professori Linköpingin yliopistosta.

Orgaanisten aurinkokennojen hyötysuhteen parantamiseksi Linköpingin yliopiston tutkijat selvittivät aurinkokennojen niin sanottua täyttökerrointa, joka on ollut rajoittava tekijä. Se on yksi kolmesta parametrista, jotka kuvaavat, kuinka tehokkaasti aurinkokenno muuntaa valoa sähköksi käytön aikana, ja se on yksi tärkeimmistä korkean hyötysuhteen tekijöistä.

"Se on monimutkainen parametri, jota ei ole tutkittu kovin hyvin orgaanisissa aurinkokennoissa", Feng Gao sanoo.

Jotta aurinkokenno toimisi tehokkaasti, auringonvalosta virittyneiden elektronien on siirryttävä akseptoriin, kun taas vastaavat positiiviset varaukset pysyvät donorissa. Näin varaukset voivat kulkea laitteen läpi ja generoida sähköä.

Feng Gaon tutkimusryhmän postdoc-tutkija Huotian Zhang on tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja. Hän on tutkinut yli 100 erilaista materiaaliyhdistelmää ymmärtääkseen, miten täyttökerroin vaikuttaa hyötysuhteeseen ja miten sitä voidaan parantaa. Hänen johtopäätöksensä on, että tehokkaamman aurinkokennon avain on elektronin viritysajan pidentäminen.

”Yhdistämällä perusfysiikan uuteen materiaaliteknologiaan osoitimme, että sähkökentän ja fotoeksitaation välinen vuorovaikutus vaikuttaa hyötysuhteeseen. Pidentämällä viritystilan elinikää suurempi osa absorboituneesta valosta voidaan muuntaa hyödylliseksi virraksi, mikä parantaa laitteen suorituskykyä”, sanoo Huotian Zhang.

Hän jatkaa: ”Tulokset osoittavat, että orgaaniset puolijohteet voivat toimia yhtä hyvin kuin epäorgaaniset puolijohteet aurinkosähkösovelluksissa.

Löydökset ovat merkityksellisiä myös muille puolijohdesovelluksille. Seuraava askel on koneoppimisen lisääminen materiaalien löytämisen ja aurinkokennojen optimoinnin nopeuttamiseksi”, sanoo Huotian Zhang.

Aiheesta aiemmin:

Kohti sähköä tuottavia näyttöjä

Aurinkokenno ilman rajapintoja

Orgaanista tehoelektroniikkaa