Forscher der KAUST haben herausgefunden, dass eine nur ein Molekül dicke Elektrodenbeschichtung die Leistung einer organischen Fotovoltaikzelle erheblich steigern kann. Die Beschichtung übertrifft das derzeit für diese Aufgabe verwendete führende Material und könnte den Weg für Verbesserungen bei anderen Geräten ebnen, die auf organische Moleküle angewiesen sind, wie z. B. Leuchtdioden und Photodetektoren. Die Arbeit "18,4 % Organic Solar Cells Using a High Ionization Energy Self-Assembled Monolayer as Hole-Extraction Interlayer" wurde im Chemistry-Sustainability-Energy-Materials Journal veröffentlicht.
Im Gegensatz zu den am weitesten verbreiteten photovoltaischen Zellen, die kristallines Silizium zur Lichtsammlung verwenden, stützen sich organische photovoltaische Zellen (OPV) auf eine lichtabsorbierende Schicht aus Molekülen auf Kohlenstoffbasis. Obwohl OPVs noch nicht mit der Leistung von Siliziumzellen mithalten können, könnten sie mit Hilfe von Drucktechniken einfacher und billiger in sehr großem Maßstab hergestellt werden.
Wenn Licht in eine Fotovoltaikzelle eintritt, setzt seine Energie ein negatives Elektron frei und hinterlässt eine positive Lücke, ein so genanntes Loch. Verschiedene Materialien sammeln dann die Elektronen und Löcher und leiten sie zu verschiedenen Elektroden, um einen elektrischen Strom zu erzeugen. In OPVs wird ein Material namens PEDOT: PSS verwendet, um die Übertragung der erzeugten Löcher in eine Elektrode zu erleichtern; allerdings ist PEDOT: PSS ist jedoch teuer, säurehaltig und kann die Leistung der Zelle mit der Zeit beeinträchtigen.
Das KAUST-Team hat nun eine bessere Alternative zu PEDOT: PSS ENTWICKELT. Sie verwenden eine viel dünnere Beschichtung aus einem löchertransportierenden Molekül namens Br-2PACz, das sich an eine Indium-Zinn-Oxid (ITO)-Elektrode bindet und eine Einzelmolekülschicht bildet. Die organische Zelle mit Br-2PACz erreichte einen Wirkungsgrad von 18,4 Prozent, während eine entsprechende Zelle mit PEDOT: PSS nur 17,5 Prozent erreichte.
"Wir waren von der Leistungssteigerung wirklich sehr überrascht", sagt Yuanbao Lin, Doktorand und Mitglied des Teams. "Wir glauben, dass Br-2PACz das Potenzial hat, PEDOT: PSS zu ersetzen, da es kostengünstig und leistungsstark ist." Br-2PACz steigerte die Effizienz der Zelle in mehrfacher Hinsicht. Im Vergleich zu seinem Konkurrenten verursachte es einen geringeren elektrischen Widerstand, verbesserte den Transport von Löchern und ließ mehr Licht zur Absorptionsschicht durchscheinen. Br-2PACz verbesserte auch die Struktur der lichtabsorbierenden Schicht selbst, ein Effekt, der möglicherweise mit dem Beschichtungsprozess zusammenhängt.
Die Beschichtung könnte sogar die Wiederverwendbarkeit der Solarzelle verbessern. Die Forscher fanden heraus, dass die ITO-Elektrode aus der Zelle entfernt, von ihrer Beschichtung befreit und dann wiederverwendet werden kann, als wäre sie neu. Im Gegensatz dazu raut PEDOT: PSS hingegen raut die Oberfläche des ITO auf, so dass es bei der Wiederverwendung in einer anderen Zelle schlecht funktioniert. "Wir gehen davon aus, dass dies dramatische Auswirkungen sowohl auf die Wirtschaftlichkeit von OPVs als auch auf die Umwelt haben wird", sagt Thomas Anthopoulos, der die Forschung leitete.
Weitere Informationen finden Sie unter:
https://discovery.kaust.edu.sa/en/article/1138/molecular-coating-enhances-organic-solar-cells [This is automatically translated from English]