Organiska solceller lyfts fram som en lovande framtidsteknik. De är flexibla, lätta och kan tillverkas billigt i stora volymer. Under de senaste åren har deras verkningsgrad passerat 20 procent. Men trots framstegen finns ett avgörande hinder, livslängden.
I en ny doktorsavhandling vid Karlstads universitet visar Suraj Prasad varför materialen bryts ned och hur problemet kan lösas.
– Vi har redan hög effektivitet. Den största utmaningen nu är att få solcellerna att hålla länge, säger Suraj Prasad.
Ljus och syre startar nedbrytningen
I studien har organiska solcellsmaterial exponerats för simulerat solljus i luft. Resultaten visar att nedbrytningen drivs av kemiska reaktioner där syre spelar en central roll.
När materialen belyses bildas reaktiva syreföreningar, superoxidradikaler (O₂⁻) via elektronöverföring och singletsyre (¹O₂) via energiöverföring. Dessa ämnen reagerar med molekylerna i solcellen och förändrar deras struktur, vilket förändrar både optiska och elektriska egenskaper.
En vanlig molekyl gör materialen instabila
Ett av avhandlingens viktigaste resultat är kopplat till den så kallade BDT-enheten, en byggsten som används i många högpresterande material. Studien visar att material med BDT bryts ned snabbare men när BDT ersätts med en enklare struktur (thiophen) ökar fotostabiliteten.
– Det är ett viktigt resultat, eftersom många av dagens bästa material innehåller just denna enhet, säger Suraj Prasad.
UV-ljus ökar nedbrytningen
Ett annat viktigt resultat är att UV-ljus spelar en central roll. När forskarna blockerade den mest energirika delen av solljuset minskade nedbrytningen tydligt. Det öppnar för praktiska lösningar, som UV-filter eller förbättrad inkapsling.
Stor potential för framtidens energi
Organiska solceller har flera fördelar jämfört med traditionella kiselsolceller då de kan massproduceras snabbt med tryckteknik, de är lätta och flexibla och de har låg produktionskostnad. Dessutom är de enklare att återvinna. Men för att tekniken ska nå bred användning krävs förbättrad hållbarhet.
– Det handlar inte längre om att jaga högre effektivitet, utan om att förstå och minska nedbrytning på molekylär nivå, säger Suraj Prasad.
