Het effect van een co-vloeistof op twee kunststof componenten (een polymeer en fullerenen (afb: TU Eindhoven)
Zo ga er dagen, misschien wel maanden voorbij, zonder dat je aan bakpoeder denkt, laat staan dat je het gebruikt, en zo komt het keukeningrediënt twee keer op een dag voorbij: eerst als middel om kooldioxide af te vangen en dan als ingrediënt om het rendement van organische zonnecellen spectaculair te verbeteren (als je dat allemaal geloven mag). Bij de TU in Eindhoven zouden ze het rendement van organische zonnecellen kunnen worden opgekrikt kunnen verdubbeld of verdrievoudigd (normaal zou dat niet meer dan 5 tot 10% zijn tegen 15 tot 20% voor siliciumcellen).
Organische zonnecellen werken met kunststof in plaats van het gebruikelijker silicium. Vanwege het kunststof hebben ze een aantal toepassingen die met silicium moeilijk te verwezenlijken zijn, zoals de verwerking in ramen. Bovendien is kunststof een stuk lichter (minder zwaar) dan kiezel en plooibaarder. Het rendement is echter nog steeds vrij bescheiden (hooguit 10%). Bij toeval werd zo’n tien jaar geleden ontdekt dat het rendement van de organissche zonnecellen twee tot drie keer hoger zou worden door toevoeging van een extra oplosmiddel tijdens het productieproces. Die vloeistoffen worden nu in alle organische cellen gebruikt, maar niemand wist waarom die zo’n positief effect hebben op het rendement. Er zou een verband zijn met de verschijningsvorm (morfologie), waardoor de elektronen makkelijker door de structuur van twee gemengde kunststoffen kunnen ‘wandelen’. Die twee componenten, beide organisch, worden tijdens het productieproces opgelost, waarna het oplosmiddel wordt afgedampt en het materiaal uithardt. De geheimzinnige co-vloeistof wordt altijd voor het afdampen toegevoegd. Onderzoeker René Janssen gebruikte een combinatie van optische technieken om een verklaring van de werking van die co-vloeistof te vinden. Hij zag dat als die extra vloeistof niet werd toegevoegd, zich tijdens het uitharden grote druppels in het kunststofmengsel vormden. Dat zou slecht zijn voor de bewegelijkheid van de elektronen, met als resultaat een laag rendement van de cel. “Hoe meer co-vloeistof je toevoegt, hoe kleiner de druppels. Bij een bepaalde concentratie verdwijnen ze zelfs helemaal”, zegt Janssen.
Hij en zijn medeonderzoekers vonden ook waardoor dat kwam. “Tijdens het harden gebeuren er twee dingen: de oplossing verdampt en de polymeermoleculen vouwen zich. We zagen dat met de co-vloeistof de polymeren veel eerder gingen vouwen, wat betekent dat er zich, uiteindelijk, geen ‘bellen’ meer vormden.” In zijn uitleg fungeert de co-vloeistof als een soort bakpoeder, dat de structuur van het mengsel verbetert. De onderzoekers hopen dat met de nieuwe kennis het rendement van de organische zonnecellen nog verder kan worden verbeterd. Janssen: “Tot nu was het alleen proberen, maar nu kunnen we met meer zekerheid zeggen wat werkt.”
Bron: Alpha-Galileo