Araştırmacılar, enerji geçişini şekillendirmek için büyük bir potansiyele sahip olan organik güneş pillerinin (organic solar cells/OSC) güç sınırlaması için hangi ana faktörlerin belirleyici olduğunu araştırdı.
Fotovoltaikler (PV), gelecekteki enerji arzında kilit rol oynayacak olsa da yüksek sıcaklıklarda yüksek vakum gerektirmeleri üretimlerini karmaşık hale getiriyor. Bununla beraber üretim için kullanılan enerjinin operasyonla dengelenmesi beş yıla kadar sürebilir. Diğer yandan organik yarı iletkenlere dayalı güneş pilleri, enerji ve maliyet tasarrufu sağlayan bir şekilde basılabildiklerinden bu noktada bir fark yaratabilir. Diğer yandan daha ayrıntılı olarak incelenmesi gereken enerji dönüşümünün sınırlamaları mevcut. Buradan hareketle Chemnitz Teknoloji Üniversitesi’nde (Chemnitz University of Technology) Optik ve Yoğun Maddenin Fotoniği Kürsüsü’nün yönettiği bir araştırma ekibi, organik güneş pillerinin güç sınırlaması için hangi ana faktörlerin belirleyici olduğunu araştırdı.
Buradan hareketle Chemnitz Teknoloji Üniversitesi ve birkaç ortak üniversitenin Nature Communications dergisinde yayımlanan araştırma sonuçları, yavaş elektronların yeni organik güneş pillerinin verimliliğini nasıl azalttığını ortaya koydu. Bu bağlamda ekip, yüksek performanslı malzeme sistemi PM6:Y6’yı inceleyen ekip; ters çevrilmiş fotovoltaik cihazların bozunma mekanizmalarını araştırdı. Bu kapsamda makalede şu bilgilere şu ifadelere yer veriliyor: “İki farklı bozunma yolu belirledik: biri hem aydınlatma hem de oksijenin varlığını gerektirir ve kısa devre akımı azalmasına sahiptir, diğeri termal olarak indüklenir ve ciddi açık devre voltajı ve doldurma faktörü kayıpları ile işaretlenir. Araştırmamızı termal olarak hızlandırılmış bozunmaya odaklıyoruz
. Bulgularımız, dökme malzeme özelliklerinin ve arayüzlerinin oldukça kararlı kaldığını, ancak aktif katmanda yaşlanmaya bağlı kusur durumu oluşumunun termal bozulmanın birincil nedeni olmaya devam ettiğini göstermektedir. Artan tuzak yoğunluğu, açık devre voltajını sınırlayan ve fotoaktif katmandaki yük taşıyıcı hareketliliğini azaltan daha yüksek ışınımsız rekombinasyona yol açar. Ayrıca, doldurma faktöründeki düşüşün ana nedeninin tuzak kaynaklı taşıma direnci olduğunu görüyoruz. Sonuçlarımız, tuzak oluşumunu marjinal olarak bastırarak cihaz ömürlerinin önemli ölçüde artırılabileceğini ve bunun OSC için parlak bir geleceğe yol açabileceğini göstermektedir.”
Çalışma ile ekip, özellikle taşıma direncinin organik güneş pillerinin performansını ciddi şekilde sınırladığını buldu. Bu sonuçların, yüksek verimli üretime izin veren daha verimli güneş pillerinin geliştirilmesi için önemi ise özellikle enerji geçişi bağlamında belirginleşiyor. Bununla beraber organik yarı iletkenler, silikon muadillerinden farklı olarak, baskı işlemleri kullanılarak oda sıcaklığında zaten üretilebildiğinden, karşılaştırılabilir derecelerde fotovoltaik dönüşüm verimliliği ile üretim için önemli ölçüde daha az enerji gerektiriyor. Ayrıca, yeni organik güneş pilleri laboratuvar koşullarında yüzde 20’lik bir verime yaklaşıyor. Bu da onları giderek daha rekabetçi hale getiriyor.