Chinese wetenschappers hebben een nieuwe generatie organische zonnecellen (OSCs) ontwikkeld die zowel uitzonderlijk efficiënt als milieuvriendelijk zijn.
De nieuwe cellen halen een indrukwekkende efficiëntie van bijna 20% — ongekend hoog voor OSCs — en doen dat zonder gebruik van schadelijke oplosmiddelen zoals chloroform. Daarmee zou deze technologie een duurzame en betaalbare doorbraak kunnen betekenen voor de zonne-energiesector.
Volgens de studie, gepubliceerd in Nano-Micro Letters, slaagde het team van de Shenzhen University of Technology erin om deze prestaties te behalen met behulp van een veilig en veelgebruikt oplosmiddel (toluene) en twee slimme chemische toevoegingen die het interne materiaal van de zonnecel beter ordenen. Daarmee combineren ze topprestaties met een veel kleinere ecologische voetafdruk.
Geen giftige stoffen meer
Een van de grootste pluspunten van deze nieuwe zonnecellen is het gebruik van toluene, een algemeen beschikbare, minder schadelijke organische vloeistof. Daarmee vermijden de onderzoekers het gebruik van gevaarlijke stoffen zoals chloroform, dat gezondheids- en milieurisico’s met zich meebrengt. Dit maakt de technologie niet alleen veiliger voor productie en verwerking, maar ook aantrekkelijker voor massaproductie en toepassing in stedelijke omgevingen.
Bovendien zijn de nieuwe cellen opvallend stabiel. Zonnecellen presteren langer en betrouwbaarder als ze stabiel blijven, vooral bij blootstelling aan wisselende weersomstandigheden buiten. Niet onbelangrijk dus.
Slimme moleculen
Een groot knelpunt bij het ontwikkelen van efficiënte OSCs is de interne structuur: hoe de materialen zich rangschikken tijdens het drogen. Te rommelig en de efficiëntie daalt, te strak en de lagen werken niet goed samen. Hier introduceerden de onderzoekers een slim trucje: ze voegden twee isomeren toe — ODBC en PDBC — aan specifieke lagen binnen de zonnecel.
Deze stoffen werken als een soort chemische gidsen: ze vertragen het drogen, waardoor de materialen meer tijd hebben om zich optimaal te ordenen. Denk aan het verschil tussen een snel opgedroogde cake en één die rustig heeft kunnen rijzen: structuur maakt het verschil. Vooral ODBC, met zijn sterke dipoolmoment (elektrische ladingverdeling), helpt bij het ordenen van de materialen, wat leidt tot een efficiëntere lichtabsorptie en betere geleiding van elektrische ladingen.
Resultaten liegen niet
De resultaten spreken voor zich. De onderzoekers testten in het lab twee verschillende opstellingen. Eén variant met toluene als oplosmiddel en de nieuwe toevoegingen behaalde een gecertificeerde efficiëntie van 19,7% – het hoogste rendement ooit voor een OSC geproduceerd met een groen oplosmiddel. Een andere opstelling zag zijn efficiëntie stijgen van 14% naar 17%, enkel door het toepassen van de nieuwe methode.
Naast hogere efficiëntie leverde de methode ook betere stabiliteit op en minder energieverlies — een cruciale factor voor grootschalige toepassingen. De langetermijnbelofte is duidelijk: betere prestaties met minder milieubelasting en lagere productiekosten.
Niet te onderschatten
Hoewel organische zonnecellen nog niet de algehele efficiëntie van silicium-panelen overstijgen, zijn ze lichter, flexibeler en goedkoper te produceren. Ze kunnen bijvoorbeeld worden verwerkt in ramen, gevels, of draagbare apparaten. Als de technologie verder opschaalt, zouden deze OSCs het ideale antwoord kunnen zijn op de vraag naar duurzame, aanpasbare zonne-oplossingen in stedelijke gebieden of op moeilijk toegankelijke locaties.
Daarnaast is de impact van ‘groene chemie’ binnen de zonnecelproductie niet te onderschatten. Door af te stappen van giftige oplosmiddelen kunnen productieomgevingen schoner, veiliger en makkelijker opschaalbaar worden. Het maakt zonneceltechnologie niet alleen beter voor de planeet, maar ook aantrekkelijker voor investeerders en beleidsmakers die zoeken naar circulaire oplossingen.
Eerste stap naar een nieuw tijdperk
De ontwikkeling laat zien dat de toekomst van zonne-energie niet per se draait om nog grotere zonnepanelen, maar om slimmere materialen en productieprocessen. Door efficiëntie en milieuvriendelijkheid hand in hand te laten gaan, zetten deze onderzoekers een stap in de richting van een nieuw tijdperk: waarin zonne-energie niet alleen duurzaam is, maar ook duurzaam wordt gemaakt.
