Bättre solceller med ny plast

Resultaten som publiceras i den vetenskapliga tidskriften Journal of American Chemical Society (JACS) innebär en verkningsgrad på 5,4 procent vilket är i nivå med de bästa värden som uppnåtts i polymera solceller.

Det nya materialet, kallat HXS-1, är uppbyggt av plana polymerkedjor, med en struktur som underlättar transporten av elektroner. Bakom uppfinningen står forskaren Fengling Zhang vid Linköpings universitet i samarbete med kolleger i Peking. Komponenter och mätningar gjordes i laboratoriet vid LiU och på Fraunhoferinstitutet i tyska Freiburg.

En solcell fångar upp ljusenheter, fotoner, från solstrålningen. I ett blandat skikt av polymerkedjor och fullerener ("fotbollsmolekyler" med 60 eller 70 kolatomer) förs energin över till elektroner som skapar en elektrisk ström. På vägen sker avsevärda energiförluster.

I en artikel i tidskriften Nature Materials lägger nu forskarna Olle Inganäs och Kristoffer Tvingstedt, tillsammans med belgiska kolleger, fram en experimentell studie som visar att i blandningen mellan polymer och fulleren skapas nya elektroniska tillstånd, en virtuell halvledare med nya egenskaper. Denna halvledare bestämmer solcellens fotospänning. I förlängningen kan den observationen också användas för att bestämma övre gränser för prestanda i plastsolceller med ideala material. De ligger långt över dagens bästa värden.

– Vi har med andra ord inga fundamentala hinder för att ta oss en bra bit över de tio procent i effektivitet som världen önskar, säger Olle Inganäs, professor i biomolekylär och organisk elektronik vid LiU.