Elektronentomografie laat zien dat nanostructuur beter kan

Dat het rendement van polymere zonnecellen tot nu toe tegenvalt, komt doordat de structuur op nanoschaal duidelijk een stuk beter kan. Dat melden onderzoekers van de TU Eindhoven, die deze structuur voor het eerst gedetailleerd in beeld hebben weten te brengen met behulp van elektronentomografie.

De gebruikte zonnecellen zijn opgebouwd uit poly(3-hexylthiofeen) als elektronendonor, en zinkoxide als acceptor. Als het goed is vormen deze twee fasen een co-continu netwerk, met een zo groot mogelijk onderling contactoppervlak. Die netwerken mogen echter ook weer niet al te kronkelig zijn, omdat anders het ladingtransport naar de elektroden te veel gehinderd wordt.

In een publicatie op de website van Nature Materials beschrijven Stefan Oosterhout, René Janssen en collega’s nu hoe ze verschillende mengverhoudingen van polymeer en ZnO hebben uitgeprobeerd, in verschillende laagdiktes. Het beste bleek de massaverhouding 1:1 te werken, wat betekent dat slechts 20 procent van het volume door ZnO wordt ingenomen.

Verrassender was dat de laagdikte eigenlijk niet groot genoeg kon zijn (de onderzoekers zijn tot 250 nanometer gegaan) terwijl bij de meeste organische zonnecellen het rendement duidelijk afneemt wanneer je boven de 100 nanometer komt.

De tomografiebeelden, genmaakt met een TEM-elektronenmicroscoop, laten zien hoe dit komt. Het gekozen fabricageproces levert een ZnO-netwerk op, dat verre van continu is. En dat speelt vooral bij dunne laagjes. Verhoog je de laagdikte, dan wordt de structuur zó veel beter dat het nadeel van de dikkere polymeerlaag teniet wordt gedaan.

bron: TU/e