Stevige boost voor organische zonnecellen: nieuw materiaalinzicht toont de weg naar hoger rendement
Een nieuwe grootschalige studie van tien onderzoeksinstituten in Europa en China, waaronder het UHasselt-Instituut voor Materiaalonderzoek imo-imomec en EnergyVille, biedt nieuwe inzichten om organische zonnecellen te verbeteren. “Onze studie biedt chemici en fysici duidelijke richtlijnen om het volledige potentieel van dit type zonnecel op een veel kortere tijd te kunnen benutten”, zeggen dr. Yuming Wang, dr. Bernhard Siegmund en prof. dr. Koen Vandewal. Het onderzoek is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift ‘Nature Energy’.
Gebouwgeïntegreerde, efficiënte zonnecellen
De markt van organische zonnecellen is groeiende. Deze dunne zonnecellen, gemaakt uit verschillende polymeren en pigmenten, zijn heel licht van gewicht, erg soepel en oprolbaar, hebben een korte terugverdientijd en een ultralage co²-voetafdruk. “Ze kunnen op grote schaal worden ingebouwd in gevels van gebouwen of op specifieke oppervlakken zoals de toren van windturbines of de buitenmuur van biogasinstallaties”, zegt prof. dr. Koen Vandewal (imo-imomec UHasselt).
Gelet op het grote commerciële potentieel van organische zonnecellen, springen meer en meer Europese bedrijven op de kar. Zo kondigden al meerdere bedrijven massaproductie aan van een jaarlijks volume van 1 miljoen vierkante meter. Maar tegelijk is er nog veel wetenschappelijk onderzoek nodig om de kloof tussen de testen in het lab en de traditionele zonnecellen die massaal op de markt beschikbaar zijn, te verkleinen.
Verbeteren rendement
De studie biedt namelijk een nieuw, veel uitgebreider beeld van de fysica van ternaire zonnecellen. Via heel wat spectroscopische experimenten en chemische simulaties via kwantumberekeningen konden de onderzoekers het gedrag van de organische zonnecellen voorspellen wanneer er een derde absorber werd toegevoegd. Dit zorgt voor een veel betere kennis over hoe de organische zonnecellen opgebouwd kunnen worden. “Zo ontdekten we tot onze eigen verrassing dat het derde materiaal in sommige gevallen de eigenschappen van de twee andere absorbers beïnvloedt, waardoor hun mogelijkheid om zonlicht op te nemen, vooruitging. In ander gevallen was dat dan weer niet het geval en werd het omzetten van licht naar stroom net moeilijk wanneer we een derde component toevoegden”, zegt dr. Yuming Wang van Universiteit Hasselt.
Dankzij deze fundamentele inzichten konden de Europese en Chinese onderzoekers specifieke ontwerpregels opstellen voor toekomstige ternaire organische zonecellen. Deze ontwerpregels houden rekening met de mengbaarheid van de gebruikte componenten en hun energetische structuur. “We begrijpen nu veel beter hoe organische zonnecellen werken en hoe we hun spanning nog kunnen verbeteren. Dat blijft tot nu de grootste hinderpaal om het rendement van anorganische zonnecellen in te halen. Daarom is deze studie ook zo zinvol”, zegt prof. dr. Koen Vandewal.
Dit onderzoek kon rekenen op financiële steun van de European Research Council (ERC) en het Fonds Wetenschappelijk Onderzoek (FWO)
