Einem Forscherteam unter der Leitung von Professor Philip C.Y. Chow vom Fachbereich Maschinenbau an der Universität Hongkong (HKU) ist ein bedeutender Durchbruch auf dem Gebiet der organischen Fotovoltaik und er Entwicklung von Solarzellen gelungen.
Ihre Forschungsarbeit mit dem Titel „Die Rolle der Donor-Akzeptor-Perkolation an der Grenzfläche in effizienten und stabilen Vollpolymer Solarzellen“ ebnet den Weg für nachhaltigere und praktikablere Solarenergielösungen für tägliche Anwendungen.
Kostengünstige, druckbare und umweltfreundliche Polymer-Halbleiter
Die organische Photovoltaik (OPV), bei der kostengünstige, druckbare und umweltfreundliche Polymer-Halbleiter eingesetzt werden, birgt ein enormes Potenzial für die Erzeugung nachhaltiger und erneuerbarer Energie. Aufgrund der weichen Beschaffenheit von Polymeren ist es jedoch seit langem eine Herausforderung für die Forschung, OPV-Geräte mit hoher Effizienz und langer Betriebsstabilität zu entwickeln.
Die Arbeit des Forschungsteams hat Aufschluss darüber gegeben, wie diese Herausforderung überwunden werden kann. Das Team konzentrierte seine Forschung auf eine neue Art von elektronenaufnehmenden Molekülen namens Y6, die, wenn sie polymerisiert werden, vielversprechend sind, um effiziente und stabile OPV-Geräte zu ermöglichen.
Durch die Untersuchung der ultraschnellen Ladungsdynamik mit Femtosekunden-Laserpulsen entdeckten die Forscher zunächst, dass die Kontrolle des Aggregationsgrads der polymerisierten Y6-Akzeptoren (Y6-PAs) eine entscheidende Rolle bei der Förderung der Stromerzeugung spielt.
Nanoskalige Perkolation erhöht nicht nur die Effizienz der Ladungserzeugung
Das Forscherteam stellte außerdem fest, dass Y6-PAs im Vergleich zu kleinmolekularen Akzeptoren desselben Typs eine höhere Mischbarkeit mit dem Donor-Polymer aufweisen. Diese Mischbarkeit ermöglicht die Bildung eines nanoskaligen Perkolationsnetzwerks an der Heteroübergangsschnittstelle, das die Aggregation von Y6-PAs verhindert.
Diese nanoskalige Perkolation erhöht nicht nur die Effizienz der Ladungserzeugung, sondern verbessert auch die Stabilität der Morphologie der Polymermischung erheblich, wodurch der Leistungsverlust der Bauelemente im Laufe der Zeit bei Sonneneinstrahlung verringert wird.
Als Reaktion auf diesen Durchbruch äußerte sich Prof. Philip C.Y. Chow begeistert und erklärte: „Unsere Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung effizienter und stabiler PV-Paneele auf Polymerbasis und ebnet den Weg für nachhaltigere und praktikablere Solarenergielösungen, die nahtlos in unsere Umwelt integriert werden können, einschließlich Gebäuden, Fahrzeugen, elektronischen Produkten und sogar Kleidung.“
Materialien bereitgestellt von der University of Hong Kong
