Fossiilisten polttoaineiden vähetessä on kehitetty uusiutuvia energianlähteitä hyödyntäviä tapoja tuottaa energiaa. Epäorgaanisten piipohjaisten aurinkokennojen rinnalle on noussut myös kiinteän olomuodon orgaanisia aurinkokennoja, joiden hyötysuhteet (10 %) ovat vielä huomattavasti piipohjaisia (24 %) matalammat.
Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli valmistaa ZnO-nanokuitua sähkökehräysmenetelmällä ja tutkia sen vaikutusta aurinkokennoihin. Sinkkiasetaatti-polymeeriliuosta sähkökehrättiin indiumseostetulla tinaoksidilla (ITO) päällystetyn lasisubstraatin tai ZnO-ohutkalvon päälle, jonka jälkeen kuitu kalsinoitiin ZnO:ksi uunissa. Kuitujen päälle lisättiin spin coating –menetelmällä orgaaninen aktiivinen kerros, jonka päälle höyrystettiin elektronien kulkua estävä puskurikerros ja hopeaelektrodi tyhjiöhöyrystimessä. Näytteitä tutkittiin absorptio- ja emissiospektroskopian avulla sekä tekemällä virta-jännitemittauksia aurinkokennoille. ZnO-kuituja tarkasteltiin pyyhkäisy-elektronimikroskoopin avulla.
ZnO-kuidut kasvattivat aurinkokennon orgaanisen ja epäorgaanisen kerroksen välistä pinta-alaa, mikä paransi kennojen oikosulkuvirrantiheyttä (Jsc). Kuitenkin kuitu huononsi avoimen piirin jännitettä (Uoc) ja täyttöastetta (FF), joten kennojen hyötysuhteet olivat matalampia kuin vastaavien ZnO-ohutkalvokennojen hyötysuhteet. Ilman ZnO-ohutkalvoa valmistettujen kennojen hyötysuhde, avoimen piirin jännite ja täyttöaste kasvoivat kuitumaton paksuutta lisättäessä, mutta oikosulkuvirrantiheyden arvo oli huonompi paksummilla kuitukerroksilla.
Donori-akseptoridyadit ovat molekyylejä, joissa on elektronin luovuttaja- ja vastaanottajaosat ja niissä voi tapahtua sisäinen elektroninsiirto. Porfyriinifullereenidyadeja tutkittiin myös osana orgaanisia aurinkokennoja. Ne lisättiin ZnO-kuidun tai ZnO-kalvon päälle self assembled monolayer -menetelmällä.
Porfyriini-fullereenidyadin lisääminen orgaanisiin aurinkokennoihin paransi Uoc -arvoa. Kuitenkin Jsc huononi ja näin hyötysuhde pysyi samana. Optimoimalla ZnO-ohutkalvon ja -kuitukerrosten paksuutta ja näin lisäämällä dyadin määrää kennossa, Uoc voisi edelleen parantua. Dyadia sisältävän kennon hyötysuhteeksi saatiin 2,75 %. Paras hyötysuhde ZnO-kuituja sisältäville kennoille oli 2,39 %, kun ilman kuitua valmistettu ZnO-kalvollisen kennon hyötysuhde oli 2,96 %.
Tutkimuksen edetessä havaittiin, että ITOn resistanssi muuttui kuidun kalsinoinnissa. ITOn sijasta voitaisiin käyttää fluorisaostettua tinaoksidia (FTO), joka kestää suurempia lämpötiloja. Aurinkokennoissa käytettävien ZnO-kuitujen läpimittaa tulisi pienentää, jotta hyötysuhteet paranisivat. Kuituja tulisi kehrätä myös tiheämmiksi kerroksiksi. Uusia mahdollisimman edullisia materiaaleja ja menetelmiä kennojen valmistamiseen on kehitettävä aurinkokennojen tehokkuuden parantamiseksi.
