Członkowie zespołu badawczego opisali kulisy swoich działań w Physical Review Letters. Analizy zostały przeprowadzone przez przedstawicieli Technische Universität Chemnitz, którzy wykorzystali wiedzę z kilku różnych dziedzin, aby jak najlepiej zrozumieć analizowane kwestie. Pomogły informacje z zakresu chemii, fizyki, matematyki i materiałoznawstwa.
Czytaj też: Chiny zbierają laury gdzie popadnie. O takich ogniwach słonecznych jeszcze nie słyszeliście
Wysiłkami kierował Carsten Deibel, który wyjaśnia, iż półprzewodniki organiczne świetnie radzą sobie z pochłanianiem światła. Z tego względu warstwa odpowiedzialna za absorpcję w ogniwach słonecznych może być nawet 1000 razy cieńsza niż w panelach fotowoltaicznych opartych na krzemie.
Z drugiej strony, organiczne ogniwa słoneczne mają budowę, która sprawia, iż transport elektronów i dziur wygląda zupełnie inaczej. Gdyby wykorzystać analogię do ruchu drogowego, to nie poruszałyby się one po autostradzie, lecz po wyboistej drodze. Transport takimi ścieżkami sprawia, że elektrony lub dziury “gubią” się, co prowadzi do wolniejszego (choć nie niższego) przepływu prądu.
Organiczne ogniwa fotowoltaiczne mogą zawierać nawet 1000-krotnie cieńszą warstwę odpowiedzialną za pochłanianie światła słonecznego niż ma to miejsce w przypadku paneli opartych na krzemie
W toku eksperymentów niemieccy naukowcy przetestowali różne typy organicznych ogniw słonecznych. Dzięki wykonanym analizom byli w stanie ocenić, jakie defekty pojawiły się w poszczególnych wariantach. Szczególne zainteresowanie autorów wzbudzały pomiary napięcia otwartego obwodu w takich modułach. Jest ono generowane, gdy prąd nie przepływa, dlatego pozwala to ocenić, ile energii mają elektrony i dziury.
Prowadząc pomiary w zróżnicowanych warunkach temperaturowych i świetlnych członkowie zespołu doszli do wniosku, że gęstość stanów organicznych ogniw słonecznych ma kształt, którego nie można opisać ani rozkładem gaussowskim ani wykładniczym. Zamiast tego, wbrew dotychczasowym przypuszczeniom, naukowcy uznali, że mniejsze napięcia obwodu otwartego w ogniwach słonecznych leżą w zakresie energetycznym, w którym występuje więcej pułapek.
Czytaj też: Jaka jest wydajność paneli fotowoltaicznych po ponad 15 latach użytkowania?
Gdy jednak w grę wchodzi temperatura pokojowa, napięcie obwodu otwartego jest wyższe, natomiast gęstość stanów charakteryzuje się mniejszą liczbą pułapek. Kluczowym wnioskiem wydaje się to, iż gęstość stanów – odpowiedzialna za transport ładunków w organicznych ogniwach słonecznych – jest znacznie bardziej rozbudowana, niż mogłoby się wydawać na podstawie dotychczasowej wiedzy.
