Udskrivbart solcellemateriale når en milepæl

En ny måde at fremstille printbare organiske solceller på kan i sidste ende føre til nye former for billige, billige og fleksible solpaneler.

Arbejdet ledes af Alan Heeger og Guillermo Bazan , begge professorer i kemi ved University of California, Santa Barbara. Heeger delte Nobelprisen i kemi i 2000 for at udvikle den slags ledende polymerer, der allerede bruges til at fremstille plastiksolceller og organiske lysdioder.

Polymersolceller er ineffektive sammenlignet med siliciumsolceller, men de er meget billigere at lave. Organiske materialer – hvad enten de er lavet af polymerer eller såkaldte små molekyler, som er organiske forbindelser med lav molekylvægt – kan laves til blæk og printes over store områder. De er også lette og fleksible, hvilket gør dem lovende til applikationer som taginstallationer eller solcelle-patches til opladning af bærbar elektronik.

Ved hjælp af et nyt lille molekyle designet af Bazan byggede Heeger en solcelle, der omdanner 6,7 procent af den lysenergi, der rammer den, til elektricitet. Bazan forventer at nå 9 procent effektivitet inden for et år. Selvom effektiviteten i laboratorietests har en tendens til at være meget større end i en fremstillet celle, ville dette sætte disse materialer på niveau med de bedste polymersolceller på markedet.

Indtil nu har de fleste bestræbelser på at forbedre ydeevnen og omkostningerne ved organiske solceller fokuseret på at udvikle nye polymermaterialer.

Bazan brugte en kombination af teori og trial-and-error til at udvikle det nye lille molekyle materiale. Han startede med at optimere dets elektriske egenskaber, så molekylet ville være i stand til at understøtte den høje strøm og spænding, der skal til for at få strøm ud af en solcelle. Det er især vanskeligt at skabe et lille molekyle materiale, der laver en god film; mens polymerer er lange og bliver viklet ind i en stabil film, har små molekyler ikke tendens til at lave den slags plane film, der er nødvendige for at lave et lag i en solcelle.

Efter en masse pjat på laboratoriebænken fandt Bazans gruppe på et passende lille molekyle og en proces til at lave en højeffektiv lille-molekyle solcelle. Arbejdet er beskrevet i journalen Naturmaterialer . Bazan forventer at forbedre ydeevnen yderligere ved at skræddersy designet af materialerne.

Heeger siger, at han ikke tidligere havde taget små molekyle solmaterialer alvorligt, fordi ydeevnen var dyster. Andre mennesker har brugt små molekyler, men ydeevnen var langt under polymerens, siger han.

Alligevel kan det være svært for organiske solceller at blive rigtige konkurrenter på energimarkedet, især når siliciumceller bliver billigere. Ydeevnen og levetiderne er der ikke endnu, siger For at kontakte Yang , professor i materialevidenskab og teknik ved University of California, Los Angeles. Yang arbejder på polymere solmaterialer i sit firma, Solarmer, såvel som små molekyle solceller i sit akademiske laboratorium; hans mål er 15 procent effektivitet i en laboratoriefremstillet celle. Men Yang siger, at Santa Barbara-arbejdet er en vigtig demonstration af potentialet ved solcelle med små molekyler.

Med hensyn til, hvordan disse materialer vil klare sig på markedet, siger Heeger, at det er for tidligt at vide, men han mener, at effektiviteten har nået et respektabelt niveau, og at disse solmaterialer viser lovende. Nu skal vi tage dem alvorligt, siger han.

skjule