ENGINEERINGNET.BE - In organische zonnecellen zetten polymeren en kleine moleculen licht om in ladingen, die verzameld worden door elektroden. Dit soort cellen is gemaakt als een dunne film met verschillende laagjes die op een substraat zijn gestapeld.
De foto-actieve laag is de belangrijkste, die zet licht om in ladingen en scheidt deze in elektronen en de positieve ‘gaten’. Daarnaast is ook de transportlaag belangrijk, die voert elektronen af naar de elektrode.
‘In de meeste organische zonnecellen is de transportlaag gemaakt van zink oxide, een transparant en geleidend materiaal dat onder de actieve laag ligt’, vertelt David Garcia Romero, promovendus aan de Rijksuniversiteit Groningen.
Garcia Romero en postdoc Lorenzo di Mario werkten het idee uit om tin oxide te gebruiken voor deze transportlaag. ‘Zink oxide reageert sterker op licht dan tin, dat daardoor zou moeten zorgen voor een stabielere cel’, aldus Garcia Romero. Verder gebruikten ze een omgekeerde structuur, door de transportlaag bovenop de actieve laag te plaatsen.
Hoewel tin oxide in verschillende andere onderzoeken veelbelovend leek, was er nog geen goede manier gevonden om daarmee een transportlaag te maken in een organische zonnecel. ‘Wij gebruikten een techniek die Atomic Layer Deposition heet, en die al heel lang niet meer was toegepast bij dit soort zonnecellen’, vertelt Garcia Romero. ‘Met deze methode kun je laagjes maken van uitstekende kwaliteit en de techniek is schaalbaar voor industrieel gebruik, bijvoorbeeld in rol-naar-rol productie.’
De organische zonnecellen, met een via Atomic Layer Deposition aangebrachte laag tin oxide bovenop de actieve laag, bleken zeer goed te werken. ‘We haalden een topscore voor efficiëntie, met 17,26%’, stelt Garcia Romero. De zogeheten fill factor, een belangrijke maat voor de kwaliteit van zonnecellen, had een waarde van zo’n 79%, ook een topwaarde voor dit soort materialen.
Bovendien was het mogelijk om de optische en structurele eigenschappen van het tin oxide af te stellen door de temperatuur waarbij het materiaal is afgezet te wijzigen. De maximale omzetting van licht in energie werd bereikt in cellen waarin de tin oxide laag was afgezet bij 140 graden Celsius. Dit resultaat is behaald met twee verschillende actieve lagen, wat er op wijst dat het tin oxide de efficiëntie via een algemeen principe verbetert.
Garcia Romero: 'De nu bereikte efficiëntie ligt dicht tegen het bekende maximum voor organische zonnecellen, zo’n 19%. ‘We hebben de overige lagen in het materiaal nog niet eens geoptimaliseerd. We moeten het nu dus nog een stap verder brengen.’
