Ett internationellt forskarlag med anknytning till UNIST har presenterat en ny tvärbindningsadditiv som på ett betydande sätt löser de långvariga stabilitetsproblem som är förknippade med organiska solceller, även kallade organiska fotovoltaiker (OPV).
Med en inblandning av endast 0,05% av detta tvärbindningsmedel kan livslängden för OPV förbättras med över 59%. Industrianalytiker menar att detta genombrott gör att kommersialiseringen av OPV – som anses vara nästa generations solceller – närmar sig verkligheten.
Under ledning av professor BongSoo Kim vid institutionen för kemi vid UNIST har forskargruppen, i samarbete med forskare från University of California, Santa Barbara (UCSB), University of Lille i Frankrike och French National Center for Scientific Research (CNRS), identifierat de operativa principerna för denna innovativa tvärbindare med hjälp av en rad avancerade analytiska tekniker.
Resultaten publicerades i ACS Energy Letters.
OPV är en lovande nästa generations solceller eftersom de är lätta att tillverka och flexibla, vilket gör att de kan appliceras som filmer. Organiska materials inneboende natur innebär dock utmaningar när det gäller långsiktig stabilitet, särskilt under värmeexponering.
Tidigare strategier har utforskat tillsatsen av tvärbindare för att förbättra stabiliteten, men alltför stora mängder har ofta lett till en minskning av batteriets effektivitet.
Forskargruppen utvecklade en sexbryggig azid-tvärbindare (6Bx), en högeffektiv fototvärbindare som uppvisar överlägsna stabiliseringseffekter med minimala mängder tillsatser. 6Bx består av sex azid-tvärbindande enheter, vilket möjliggör en imponerande teoretisk tvärbindningseffektivitet på 96%.
Denna effektivitet överträffar avsevärt den hos konventionella tvärbindare, där fyra azidenheter ger en effektivitet på 82% (4Bx) och två azidenheter endast 36% (2Bx).
De rapporterade OPV:erna som tillverkats med den nya tvärbindaren uppvisade en imponerande effektivitet på 11,70% även efter 1 680 timmar (70 dagar) vid 85°C och behöll 93,4% av sin ursprungliga effektivitet. För de OPV som tillverkades utan tvärbindaren sjönk däremot verkningsgraden till 8,17%, vilket motsvarar endast 58,7% av den ursprungliga verkningsgraden på 13,92%. Detta innebär en förbättring av prestandans livslängd med mer än 59%.
Forskargruppen upptäckte också att den förhöjda prestandan kan tillskrivas det effektiva undertryckandet av molekylär rörelse av Y6-acceptormolekylen i det fotoaktiva skiktet i OPV-enheter, vilket möjliggörs av tvärbindningsreaktioner.
Professor Kim säger: ”Vi har framgångsrikt tagit itu med de kroniska stabilitetsproblemen i organiska solceller genom att utveckla högeffektiva fototvärbindningsmedel och omfattande undersökningar av deras mekanismer. Denna forskning kommer att bidra väsentligt till utvecklingen av stabilitetsförbättrande tekniker för kommersialisering av OPV.”
Mer information om projektet: Sangcheol Yoon et al, Molecular Cross-Linking Enhances Stability of Non-Fullerene Acceptor Organic Photovoltaics, ACS Energy Letters (2025). DOI: 10.1021/acsenergylett.4c02897
