9.1.2025

Ny upptäckt gör organiska solceller effektivare och mera hållbara

Forskare vid Åbo Akademi har identifierat och eliminerat en tidigare okänd förlustmekanism i organiska solceller som gör att de blir effektivare och har en längre livstid. Resultaten ger nya riktningar på hur effektiviteten och stabiliteten kan ökas framöver.

Organiska solceller är intressanta för kommersialisering för att de är lätta, flexibla och har en energieffektiv tillverkningsprocess. Effektomvandlingseffektiviteten har ökat drastiskt de senaste fem åren och uppgår nu till över 20% i de bästa laboratorietillverkade solcellerna med så kallad konventionell arkitektur. De material som används är dock känsliga för oxidation när de utsätts för solljus och luft, och livstiden för dessa celler kräver ännu förbättring för att de skall bli allmänt tillgängliga.

Studien fann en ökad prestanda i strukturinverterade solceller om 1cm2 med en effektivitet över 18%, och med den hittills högsta rapporterade livstiden för organiska solceller om 24 700 timmar under belysning med vitt ljus, vilket motsvarar en prognosticerad, operativ livslängd på över 16 år.

Ur livstidssynpunkt är det en fördel att toppkontakten i solcellen görs av det mest stabila materialet. Dessa strukturinverterade, eller nip-solceller, är ett hållbarare alternativ samtidigt som deras effektomvandlingseffektivitet fortfarande inte når upp till konventionell arkitektur. Forskarnas upptäckt visar ett sätt att förbättra både prestanda och stabilitet hos dessa strukturinverterade organiska solceller. Arbetet identifierade en tidigare okänd förlustmekanism och ett sätt att neutralisera den. Bottenkontakten i dessa solceller, bestående av metalloxider såsom zinkoxid, skapar ett smalt rekombinationsområde som leder till förlust av fotoströmmen. Genom att applicera ett tunt passiveringsskikt av kiseloxidnitrat (SiOxNy), tillverkat ur lösningsfas på bottenkontakten, försvinner rekombinationsområdet och effektiviteten ökar.

Forskargruppen för organisk elektronik vid Åbo Akademi har utfört arbetet i samarbete med professor Chang-Qi Mas grupp vid Suzhou Institute for Nano-Tech and Nano-Bionics. I forskargruppen vid Åbo Akademi ingår bland andra Ronald Österbacka, Sebastian Wilken och Oskar Sandberg.
Arbetet understryker potentialen för att använda metoden i storskalig tillverkning av effektiva och stabila organiska solceller.

Resultaten har publicerats i tidskriften Nature Photonics och kan läsas i sin helhet här: https://www.nature.com/articles/s41566-024-01574-0

Mera information:
Ronald Österbacka, professor i fysik, Åbo Akademi
Telefon: +358 504 096 423
E-post: ronald.osterbacka@abo.fi