Hjem > Nyheter > Innhold
Hybride solceller har applikasjoner i fleksibel elektronikk og bærbare enheter
Nov 03, 2018

Forståelse av virkningen av overflatefeil underbygger forbedret effektivitet av hybridorganiske / uorganiske solceller.

               Hybrid solceller benytter et grensesnitt som består av lag av organiske og uorganiske materialer for å konvertere sollys til strøm. Zinkoksid (ZnO) er et populært valg for det uorganiske materialet fordi det er billig, giftfri og lett tilgjengelig.

Imidlertid er konverteringseffektiviteten til hybrid solceller ved bruk av ZnO / organisk-donor bulk heterojunksjoner for tiden svært lav - bare 2 prosent når ZnO blandes inn i et organisk donormateriale. På den annen side er en anstendig 6,1 prosent effektivitet oppnådd når ZnO brukes som et lag som er sandwichet mellom en elektrode og et lag av polymer- eller småmolekylacceptorer.

Jean-Luc Bredas fra KAUST Solar & Photovoltaics Engineering Research Center og kollega Hong Li mistenker at inneboende mangler i ZnO er en nøkkelfaktor i dårlig prestasjon. Ved å sammenligne forskjellene i elektroniske egenskaper mellom forskjellige hybridmaterialer konkluderte de at sink ledige stillinger reduserer konverteringseffektiviteten ved å hindre ladnings separasjonsprosessen ved grensesnittet mellom de organiske og uorganiske materialer.

Det er velkjent at ZnO vedtar forskjellige roller i bulk heterojunksjoner avhengig av typen organisk materiale og arkitektur som brukes. Når blandet med polymer eller små molekylære donorer som sexithienyl, tar ZnO rollen som en elektronacceptor: det tar opp eller "aksepterer" elektroner og etterlater positivt ladede hull bak i et sexithienyllag.

Når det er sandwichet mellom et elektrode og et fullerenacceptorlag, hjelper ZnO overføringen av elektronene fra fullerenlaget til elektroden. Disse prosessene muliggjør effektiv omdanning av sollys til strøm.

Forskerne brukte datasimuleringer for å undersøke hvordan sink ledige stillinger på overflaten av sinkoksid påvirker disse to prosessene. For ZnO / sexithienyl bulk heterojunksjonen kan zink ledige stillinger på ZnO overflaten hindre lokal ladningstransport ved ZnO / sexithienyl grensesnittet, og kan også forhindre effektiv ladningsseparasjon på grunn av sterke Coulomb-interaksjoner. For ZnO / Fullerene-grensesnittet påvirker slike ledige stillinger imidlertid ikke signifikant ladetransaksjonsprosessen.

Av disse årsakene er ZnO / organiske heterojunksjoner som hittil er utviklet, ineffektive. Til sammenligning har imidlertid sink ledige stillinger signifikant høyere negativ innvirkning på ZnO / sexithienyl enn på ZnO / fullerene grensesnitt. Resultatene har viktige implikasjoner for utviklingen av hybrid solceller, som har applikasjoner i fleksibel elektronikk og bærbare enheter.

"Det vi lærte av undersøkelsene, er i hvilken grad mangler ved overflaten av metalloksider som ZnO bestemmer de generelle elektroniske egenskapene og til slutt enhetseffektiviteten," bemerket Bredas. Han foreslo funnene indikerer mulige måter å forbedre solcelleffektiviteten gjennom overflate modifikasjoner.