Energi
Forskare löser trasslig solcellsgåta
Röntgenbilderna avslöjar den mikroskopiska strukturen hos två halvledande polymerer. Den undre bilden visar flera stora kristaller i rad. Den övre bilden visar en oordnad polymer med ett stort antal minimala kristaller som knappt kan urskiljas.
Varför funkar oordnade molekyler bättre än prydliga kristaller i solceller av plast? Forskare vid Stanford har löst gåtan.
Halvledande polymerer har i flera decennier setts som en lovande kandidat för att tillverka ultratunna solceller. Materialet har flera fördelar jämfört med kisel som i dag används i vanliga solceller: det är billigt, lätt, böjligt och kan tillverkas med enkla trycktekniker.
Men verkningsgraden är skral. Ett problem är att elektronerna inte rör sig tillräckligt snabbt i polymeren. Flera forskargrupper har därför under åren försökt designa styvare polymerer genom att härma kislets strukturerade kristaller. Men elektronerna ökar inte farten ändå. Andra gruppen har lyckats få betydligt högre elektronmobilitet i polymerer där molekylkedjorna tycktes ligga i fullständig oordning. Orsaken har varit en gåta.
Nu säger sig en grupp forskare vid amerikanska Stanford ha hittat förklaringen. I en vetenskaplig artikel i Nature Materials beskriver de hur gjort röntgenanalyser av materialet. De har låtit en elektrisk ström gå igenom materialet och studerat ljuset som sänds ut.
Forskarna kunde slå fast att vissa molekylkedjor liknade trasslig spaghetti, medan andra var betydligt kortare och bildade minimala kristaller. En elektron kunde snabbt passera igenom en kristall och nå nästa, och de långa molekylkedjorna ledde sedan elektronen genom materialet. Det gick betydligt snabbare jämfört med att låta elektroner passera stora kristaller som saknade förbindning med varandra.
Forskarna hoppas att de nya rönen ska göra det lättare att designa polymerer med ännu bättre prestanda.
