Natuurkundigen van de ITMO-universiteit hebben een nieuwe manier ontdekt om transparante materialen te gebruiken inzonnecellenmet behoud van hun efficiëntie. De nieuwe technologie is gebaseerd op dopingmethoden, waarbij de eigenschappen van materialen worden veranderd door het toevoegen van onzuiverheden, maar zonder gebruik te maken van dure, gespecialiseerde apparatuur.

De resultaten van dit onderzoek zijn gepubliceerd in ACS Applied Materials & Interfaces (“Ion-gated small molecule OPVs: Interfacial doping of charge collectors and transport layers”).

Een van de meest fascinerende uitdagingen in de zonne-energie is de ontwikkeling van transparante, dunne, lichtgevoelige materialen. Deze film kan op gewone ramen worden aangebracht om energie op te wekken zonder het uiterlijk van het gebouw aan te tasten. Het ontwikkelen van zonnecellen die een hoog rendement combineren met een goede lichtdoorlatendheid is echter zeer moeilijk.

Conventionele dunnefilmzonnecellen hebben ondoorzichtige metalen achtercontacten die meer licht opvangen. Transparante zonnecellen gebruiken lichtdoorlatende achterelektroden. In dit geval gaan er onvermijdelijk fotonen verloren tijdens hun doorgang, waardoor de prestaties van het apparaat afnemen. Bovendien kan het produceren van een achterelektrode met de juiste eigenschappen erg duur zijn”, aldus Pavel Voroshilov, onderzoeker aan de faculteit Natuurkunde en Techniek van de ITMO Universiteit.

Het probleem van de lage efficiëntie wordt opgelost door middel van doping. Maar ervoor zorgen dat de onzuiverheden correct in het materiaal worden aangebracht, vereist complexe methoden en dure apparatuur. Onderzoekers van de ITMO Universiteit hebben een goedkopere technologie voorgesteld om "onzichtbare" zonnepanelen te maken – een technologie die gebruikmaakt van ionische vloeistoffen om het materiaal te doteren, waardoor de eigenschappen van de bewerkte lagen veranderen.

“Voor onze experimenten hebben we een zonnecel op basis van kleine moleculen gebruikt en daar nanobuisjes aan bevestigd. Vervolgens hebben we de nanobuisjes gedoteerd met behulp van een ionenpoort. We hebben ook de transportlaag bewerkt, die ervoor zorgt dat de lading van de actieve laag de elektrode bereikt. We konden dit doen zonder vacuümkamer en onder omgevingsomstandigheden. Het enige wat we hoefden te doen, was wat ionische vloeistof toevoegen en een kleine spanning aanleggen om de gewenste prestaties te bereiken”, aldus Pavel Voroshilov.

Tijdens het testen van hun technologie slaagden de wetenschappers erin de efficiëntie van de batterij aanzienlijk te verhogen. De onderzoekers geloven dat dezelfde technologie gebruikt kan worden om de prestaties van andere soorten zonnecellen te verbeteren. Nu zijn ze van plan te experimenteren met verschillende materialen en de dopingtechnologie zelf te verbeteren.