Ny polymer ger organiska solceller nära 20 procents verkningsgrad till en femtedel av kostnaden

Forskare vid Zhengzhou University har presenterat en lågkostnadspolymer, PTQ15, som driver organiska solceller (OSC) till en certifierad 19,96 procents effektivitet vid strömkonvertering - en aldrig tidigare skådad siffra för billiga organiska material. Med detta framsteg närmar sig OSC kommersiell lönsamhet samtidigt som de lätta och flexibla egenskaper som gör tekniken attraktiv bibehålls.

Att framställa PTQ15 kostar cirka 35.528 USD per kg, vilket är ungefär en femtedel av priset för de etablerade "stjärnpolymererna" PM6 och D18, som kostar över 200.000 USD per kg. Sådana besparingar härrör från en strömlinjeformad tre- till fyrstegssyntes som ger utbyten över 80 procent, vilket kraftigt sänker material- och tillverkningskostnaderna.

OSC:er tillverkade med PTQ15 och acceptorerna K1/K6 satte ett nytt riktmärke för effektivitet på 19,96 procent. Mätningar visar ultrasnabb laddningsöverföring på bara 1,40 pikosekunder och en minimal icke-radiativ energiförlust på 0,190 elektronvolt - siffror som återspeglar effektiv excitondissociation och minskade termiska förluster.

Enheter som bearbetades under utomhusförhållanden med 25 procent relativ luftfuktighet uppnådde fortfarande 19,37 procent effektivitet. Studien uppskattar en lägsta hållbar kostnad på 0,36 dollar per watt, vilket placerar dessa OSC:er inom slående avstånd från konventionella kiselfotovoltaik på en pris-per-prestanda-basis.

Nästa steg är att överträffa tröskeln på 20 procents effektivitet genom att förfina parningen mellan givare och acceptorer och filmmorfologin. Om PTQ15 lyckas kan OSC:erna gå från laboratorieprototyper till vanliga energilösningar och leverera ekonomisk, lätt och flexibel solenergi till ett bredare spektrum av applikationer.