High-efficiency non-fullerene organic solar cells
- Reference number
- FFL18-0322
- Project leader
- Gao, Feng
- Start and end dates
- 200401-250331
- Amount granted
- 12 000 000 SEK
- Administrative organization
- Linköping University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Harvesting solar energy using solar cells is a promising way to tackle today’s energy issues. Solution-processed organic solar cells (OSCs), consisting of carbon-based electron donor and acceptor materials, have shown great potential for large-area and low-cost solar panels. The key challenge facing the development of OSCs is that they have shown large photovoltage losses compared with state-of-the-art inorganic and perovskite solar cells. This project aims to address this challenge by developing new strategies to minimize the photovoltage losses of OSCs. This project is made possible by our recent breakthrough in OSCs based on non-fullerene acceptors: we have very recently revealed new design rules to minimize photovoltage losses. At the core of this project is rational materials development, coupled with device physics and device engineering investigations. If successful, this project will achieve a new paradigm for the power conversion efficiency (PCE) of OSCs. I also have a large network of contacts with both academic and industrial partners, and am therefore in an excellent position to achieve the goals of this project and ensure that the results are translated into new research as well as commercialization. In addition to addressing outstanding strategic research challenges, I also aim to consolidate my position as an already established scientist and research leader in the area of solution-processed energy materials and devices throughout this project.
Popular science description
Solenergi som en ren förnybar energikälla har stor potential att bidra till den globala energiövergången till förnybar energi. Solceller är en teknik som möjliggör omvandling av solenergi till elektrisk energi. Organiska solceller (OSC:er) är baserade på halvledande kolbaserade material som absorberar synligt ljus och omvandlar solenergi till elektrisk energi. De har flera miljöfördelar jämfört med konkurrerande teknik av följande skäl: 1, de innehåller inte giftiga ämnen som bly eller kadmium; 2, de har en kortare återbetalningstid gällande energiåtgång jämfört med andra solcellsteknologier (energi som behövs för produktion av OSC:er är tillgänglig redan efter sex månaders användning under typiska solljusförhållanden i norra Europa) 3, De släpper inte ut skadliga nivåer av ekotoxikologiska ämnen i miljön om de bryts ner i naturen, 4, OSC:er kan tillverkas genom billiga trycktekniker. Organiska halvledare kan lösas upp i organiska lösningsmedel och sålunda användas som bläck. Utskriftsprocessen kan ske under låga temperaturer (organiska halvledare klarar typiskt inte temperaturer över 150 ° C), och är därför både relativt billiga och energieffektiva. OSC:er kan också göras halvtransparenta i olika färger som kan användas arkitektoniskt för att integreras i byggnader, vilket ger både estetiska och miljömässiga fördelar. Organiska solceller, precis som kiselceller, måste kapslas in för att överleva. Förutom glas finns det nu kommersiella flexibla substrat som är kompatibla med tryckprocesser som ger ett adekvat skydd mot vatten och syre. Den viktigaste utmaningen för utvecklingen av OSC:er är att de uppvisar stora spänningsförluster jämfört med de allra bästa oorganiska och perovskita solcellerna. Detta projekt syftar till att ta itu med denna utmaning genom att utveckla nya material med hjälp av fysikaliska undersökningar. Projektet är möjligt genom vårt senaste genombrott inom OSC:er: vi har mycket nyligen tagit fram nya designregler för att minimera fotovoltaiska förluster i OSC:er. Om projektet lyckas kommer det innebära ett paradigmskifte för OSC:er och dess verkningsgrad. Hög energiomvandling kombinerad med låg kostnad gör det möjligt att kommersialisera OSC:er. Kommersialiseringen av OSC:er kommer att minska kostnaden för solpaneler vilket kan öka elproduktionen från solenergi och bidra till den globala energiövergången.