Zonnecellen zullen ongetwijfeld een belangrijke rol spelen in een duurzame energietoekomst. Polymere zonnecellen (PSC’s) zijn met name een uitstekende optie omdat ze goedkoop te produceren zijn en zowel flexibel als semitransparant kunnen zijn. Ternaire polymeerzonnecellen laten bemoedigende energieconversie-efficiënties zien, maar het is niet altijd duidelijk waarom. Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Tsukuba en de Universiteit van Hiroshima de werking van PSC’s onder de loep genomen. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in npj Flexible Electronics.
PSC’s bevatten over het algemeen een materiaal dat de p-type halfgeleider is, gemengd met een materiaal dat de n-type halfgeleider is. Dit mengsel geeft de juiste combinatie van ladingsdragers – gaten en elektronen – om een stroom te laten vloeien wanneer zonlicht op de cel schijnt.
Mengsels met deze twee componenten staan bekend als binaire PSC’s. Onlangs is echter ontdekt dat het toevoegen van een extra ingrediënt aan de mix – wat bekend staat als een ternaire PSC – de stroomconversie-efficiëntie (PCE) en stabiliteit van de zonnecel kan verbeteren. Het probleem is dat tot nu toe niemand grondig heeft onderzocht waarom.
De onderzoekers voerden daarom elektronenspinresonantie (ESR) spectroscopie uit terwijl de PSC in bedrijf was. Dit gaf hen de kans om het gedrag van de elektronen en gaten te observeren wanneer de cel werd bestraald met zonlicht en om antwoorden op moleculair niveau te krijgen.
“Er is gemeld dat de accumulatie van lading in de loop van de tijd bijdraagt aan de verslechtering van de prestaties van cellen”, legt studieauteur professor Itaru Osaka uit en de corresponderende auteur professor Kazuhiro Marumoto. “We hebben daarom ESR gebruikt om naar een systeem te kijken dat bestaat uit het polymeer PTzBT en het grote molecuul PC61BM. Er is gevonden dat het toevoegen van een acceptormolecuul, bekend als ITIC, aan dit systeem de PCE en de stabiliteit van de cel verbetert, dus we keek goed naar cellen met en zonder ITIC om te bepalen waarom.”
Het ESR-spectroscopie-experiment toonde aan dat de kortsluitstroom afnam als gevolg van de ophoping van elektronen in de PC61BM en gaten in PTzBT. Het toevoegen van ITIC bleek deze accumulatie te verminderen door de oriëntatie van de ketenachtige PTzBT-polymeermoleculen in de actieve laag te verbeteren.
“In staat zijn te begrijpen waarom iets werkt, is belangrijk om ervoor te zorgen dat de effecten optimaal worden benut”, zegt professor Kazuhiro Marumoto, corresponderend auteur van het onderzoek. “Door een beeld te krijgen op moleculair niveau van de effecten van ITIC op een veelbelovend PSC-systeem, denken we dat we een stap dichter bij de commerciële realiteit van polymere zonnecellen zijn gekomen als onderdeel van een groenere toekomst.”
Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door JSPS KAKENHI Grant nummer JP19K21955, door JST PRESTO, door The MIKIYA Science and Technology Foundation, door Iketani Science and Technology Foundation, door The Iwatani Naoji Foundation, door JST SPRING Grant nummer JPMJSP2124, door JST ALCA Grant nummer JPMJAL1603 , en door JST MIRAI Grant Nummer JPMJMI20C5, Japan.
Verhaalbron:
Materialen geleverd door Universiteit van Tsukuba. Opmerking: inhoud kan worden bewerkt voor stijl en lengte.
lees het gehele artikel bij de bron
Samenvatting: Een onderzoeksteam heeft elektronenspinresonantiespectroscopie gebruikt om een polymere zonnecel in bedrijf te onderzoeken. Een vergelijking op moleculair niveau van het PTzBT/PC61BM-systeem met en zonder toegevoegde ITIC stelde hen in staat om het mechanisme vast te stellen voor de verbeteringen in stabiliteit en energieconversie-efficiëntie die worden waargenomen wanneer ITIC wordt toegevoegd. Het is te hopen dat dit inzicht zal bijdragen aan de commerciële realisatie van kosteneffectieve flexibele polymere zonnecellen.
Datum van publicatie: 22 april 2022
Bron: Technologie | Top technologienieuws — ScienceDaily