Åbo Akademin tutkijat ovat tunnistaneet ja eliminoineet aiemmin tuntemattoman orgaanisten aurinkokennojen häviömekanismin – tämä parantaa kennojen tehoa ja käyttöikää huomattavasti. Tulokset antavat uusia suuntaviivoja siihen, miten kennojen suorituskykyä voidaan parantaa.

Orgaanisilla aurinkokennoilla on houkuttelevat kaupalliset mahdollisuudet, koska ne ovat kevyitä ja joustavia ja niiden tuotantoprosessi on energiatehokas. Tehontuoton hyötysuhde on parantunut huomattavasti viimeisen viiden vuoden aikana, ja parhaissa laboratoriovalmisteisissa aurinkokennoissa, joissa käytetään ns. tavanomaista rakennetta, se on nykyisin jo yli 20 prosenttia. Käytetyt materiaalit tosin altistuvat auringonvalolle ja ilmalle, ja ovat siksi herkkiä hapettumiselle. Kennojen käyttöikää on vielä parannettava, jotta niiden käytettävyys paranee.

Tutkimuksessa saavutettiin yli 18 prosentin hyötysuhde käänteisen rakenteen aurinkokennoissa, joiden pinta-ala oli yksi neliösenttimetriä. Samalla ylitettiin myös orgaanisten aurinkokennojen tähän mennessä korkein raportoitu käyttöikä saavuttaen 24 700 tuntia valkoisen valon valaistuksessa, mikä vastaa yli 16 vuoden ennustettua käyttöikää.

Käyttöiän kannalta on eduksi, että aurinkokennon ylin kontaktikerros valmistetaan vakaimmasta mahdollisesta materiaalista. Nämä käänteisen rakenteen aurinkokennot (nip-aurinkokennot) ovat kestävämpi vaihtoehto, mutta niiden hyötysuhde ei vielä ole tavanomaisen rakenteen kennojen tasolla. Tutkijoiden havaintojen avulla käänteisten orgaanisten aurinkokennojen suorituskykyä ja käyttöikää voidaan parantaa.

Työssä tunnistettiin aiemmin tuntematon häviömekanismi ja keino neutraloida se. Kennojen pohjakontakti, joka on metallioksidia, esimerkiksi sinkkioksidia, luo kapean rekombinaatioalueen, joka johtaa valosähkövirran häviöön. Kun pohjakontaktin päälle levitetään ohut piinitridin passivointikerros (SiOxNy), joka on valmistettu liuosfaasissa, rekombinaatioalue katoaa ja tehokkuus kasvaa.

Åbo Akademin orgaanisen elektroniikan tutkimusryhmän työ on toteutettu yhteistyössä Suzhou Institute for Nano-Tech and Nano-Bionicsin professori Chang-Qi Man johtaman ryhmän kanssa. Åbo Akademissa tutkimusryhmään kuuluvat Ronald Österbacka, Sebastian Wilken ja Oskar Sandberg. Tutkimus toi esiin mahdollisuuksia hyödyntää menetelmää tehokkaiden ja pitkän käyttöiän orgaanisten aurinkokennojen laajamittaisessa valmistuksessa.

Tulokset on julkaistu Nature Photonics -lehdessä.

Aamuset-kaupunkimedia (AKM)