Theo Stephen Forrest (Giáo sư Kỹ thuật Điện tại Đại học Peter A. Franken) thành viên của nhóm nghiên cứu: ”Năng lượng mặt trời là dạng năng lượng rẻ nhất mà nhân loại từng sản xuất cho tới thời điểm hiện nay. Với những tấm pin được lắp đặt trên cửa sổ, các tòa nhà sẽ trở thành một nhà máy điện”.

Hiện nay, silicon là vật liệu hiệu quả nhất dùng để chế tạo pin năng lượng mặt trời, tuy nhiên nó ít thân thiện với môi trường và không trong suốt nên ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ của các tòa nhà. Gần đây, các vật liệu hữu cơ hoặc các vật liệu có nguồn gốc carbon cũng đang được các nhà khoa học quan tâm, tuy nhiên chúng thường bị phân hủy nhanh chóng trong quá trình sử dụng, nên vẫn khó trong việc ứng dụng vào thực tế.

Các tế bào năng lượng mặt trời được làm bằng chất nhận không chứa fullerene kết hợp lưu huỳnh có thể đạt được hiệu suất cạnh tranh với silicon (18%), tuy nhiên chúng không tồn tại được lâu. Do đó, nhóm nghiên cứu của Gs. Stephen Forrest đã đặt ra mục tiêu phải nâng cao tuổi thọ của những tấm pin này.

Trong các thí nghiệm của mình, nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng nếu vật liệu chuyển đổi ánh sáng mặt trời không được bảo vệ, trong khoảng12 tuần, hiệu suất của nó sẽ giảm xuống dưới 40%. Nguyên nhân là do các chất nhận không chứa fullerene có các liên kết yếu,  dễ phân ly bởi các photon năng lượng cao, đặc biệt là các photon UV ( tia cực tím) phổ biến trong ánh sáng mặt trời.

Bằng cách nghiên cứu bản chất của sự thoái hóa trong các tế bào năng lượng mặt trời không được bảo vệ, nhóm nghiên cứu nhận ra rằng chúng chỉ cần được bảo vệ ở một vài vị trí . Đầu tiên, họ cần phải chặn tia UV đó. Do đó, họ đã thêm vào phía mặt kính đối diện mặt trời một lớp oxit kẽm - một thành phần chống nắng phổ biến.

Một lớp oxit kẽm mỏng hơn bên cạnh vùng hấp thụ ánh sáng giúp dẫn các electron do mặt trời tạo ra đến điện cực. Tuy nhiên, nó cũng làm hỏng bộ phận hấp thụ ánh sáng mỏng manh, vì vậy nhóm nghiên cứu đã thêm một lớp vật liệu làm từ carbon có tên IC-SAM làm lớp đệm.

Ngoài ra, điện cực hút các "lỗ" tích điện dương (những khoảng trống không có cơ năng được bỏ trống bởi các electron ) vào trong mạch cũng có thể phản ứng với chất hấp thụ ánh sáng. Để bảo vệ phần sườn đó, họ đã thêm một lớp đệm khác, là một lớp fullerene có hình dạng giống như một trái bóng.

Sau đó, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm tấm pin mới của họ dưới các cường độ khác nhau của ánh sáng mặt trời trong môi trường mô phỏng, từ 1 mặt trời điển hình đến ánh sáng của 27 mặt trời và nhiệt độ lên đến 150 °F. Kết quả ước tính, các tế bào năng lượng mặt trời vẫn hoạt động với hiệu suất 80% sau 30 năm. Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu đã tăng độ trong suốt của mô-đun lên 40%, và họ tin rằng họ có thể đạt được tới 60%.

Nhóm nghiên cứu hi vọng kết quả của nghiên cứu sẽ mở đường cho pin mặt trời hữu cơ được ứng dụng vào thực tế.

Diệu Huyền (CESTI)