Forskning för effektivare organiska solceller

Ellen Moons, professor i fysik

Forskningen om organiska solceller vid Karlstads universitet tar nu ytterligare ett steg framåt, tack vare ett forskningsanslag från Vetenskapsrådet.

Vintersolståndet som inträffar idag, har historiskt setts som betydelsefullt och firats på olika sätt. För oss som lever idag är solen också alltmer betydelsefull för elproduktion.

- Det vi ska studera är molekylär växelverkan mellan donor och acceptormolekylerna, det vill säga mellan den molekyl som avger elektroner (donor) samt den som tar emot elektroner (acceptor), säger Ellen Moons, professor i fysik och forskningsledare. Det är denna växelverkan som vi tror är avgörande både för strukturbildningen och för laddningsöverföringen i gränsskiktet mellan donor och acceptor, och påverkar effektiviteten hos solcellerna. Vi är mycket glada över detta anslag som bidrar till finansiering av en doktorand och att förstärka vårt samarbete mellan experiment och modellering. Nanostrukturen har vi forskat på tidigare, men i detta projekt vill vi manipulera strukturen och egenskaperna genom att använda den molekylära interaktionen.

Billiga och effektiva solceller
Tanken är att kunna bygga material som kan leda ström genom att blanda rätt molekyler i ett lösningsmedel, sprida ut lösningen till ett tunt lager och låta det torka. Så enkelt konstruerade är organiska solceller. Två olika molekyler behövs, sådana som ger elektroner och sådana som tar emot. Fram tills för några år sedan kunde organiska solceller uppnå verkningsgrader runt 10 procent. Det betyder att 10 procent av solens energi som strålar på solcellen i form av ljus omvandlas till elektrisk energi. Men det räcker inte, och för några år sedan lyckades forskare i Kina framställa nya acceptormolekyler som gjorde att organiska solceller blev mer effektiva och idag kan omvandla 18 procent av solens ljus till ström.

För att nå ännu högre verkningsgrader behövs bättre förståelse för hur donor och acceptor fördelar sig i skiktet och hur de båda bidrar till absorptionen av solljuset och strömgenereringen.

- Vi har tidigare studerat hur torkningsprocessen påverkar skiktets inre strukturer och egenskaper. I det här projektet vill vi manipulera strukturerna i efterhand, till exempel genom att utsätta skiktet för lösningsmedelsånga. Vi är ett blandat forskarlag från ämnena fysik och kemi där några forskare tar fram datormodeller av molekylerna och utvecklar simuleringsverktyg för att optimera strukturer och egenskaper. Andra jobbar med molekyllösningar för att uppnå önskade strukturer i skiktet, och så finns det de som använder avancerade instrument för att synliggöra små strukturer i skiktet som ögat inte kan se, men som har stor betydelse för solcellens verkningsgrad.

Vetenskapsrådet finansierar forskningen
Vetenskapsrådet har beviljat forskningen om organiska solceller ett anslag på 4.056.000 kronor under fyra år, det vill säga till utgången av 2025.

- Vår förhoppning är att bidra till att organiska solceller når 20 procent verkningsgrad eller ännu högre, säger Ellen Moons.

För mer information kontakta Ellen Moons, professor i fysik, på tel 0708 660 209 eller ellen.moons@kau.se