Πώς να χτίσει τα αποδοτικά οργανικά ηλιακά κύτταρα

Τα οργανικά ηλιακά κύτταρα, που γίνονται από τα άνθρακας-βασισμένα υλικά, παρουσιάζουν τα μοναδικά πλεονεκτήματα έναντι άλλων τεχνολογιών ηλιακών κυττάρων. Παραδείγματος χάριν, μπορούν να κατασκευαστούν μέσω των χαμηλού κόστους τεχνολογιών εκτύπωσης, και μπορούν να γίνουν ημιδιάφανοι με τα επιλέξιμα χρώματα, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν αρχιτεκτονικά στην οικοδόμηση της ολοκλήρωσης. Η ευελιξία και το χαμηλό βάρος τους τους καθιστούν τέλειους για την τροφοδότηση των αισθητήρων για το Διαδίκτυο των εφαρμογών πραγμάτων.

Μια βασική πρόκληση που αντιμετωπίζει την ανάπτυξη των οργανικών ηλιακών κυττάρων είναι ότι έχουν συνήθως τις μεγάλες ενεργειακές απώλειες.

«Έχουμε διατυπώσει μερικούς λογικούς κανόνες σχεδίου για να ελαχιστοποιήσουμε τις ενεργειακές απώλειες στα οργανικά ηλιακά κύτταρα. Μετά από αυτούς τους κανόνες, παρουσιάζουμε μια σειρά των παραδειγμάτων με τις χαμηλές ενεργειακές απώλειες και τα efficencies μετατροπής υψηλής δύναμης,» λένε Feng Γκάο, αναπληρωτής καθηγητής στο τμήμα της βιομοριακής και οργανικής ηλεκτρονικής στο πανεπιστήμιο Linkoping.

Οι κανόνες σχεδίου, που προκαλούν μερικές προηγουμένως κρατημένες ιδέες, έχουν δημοσιευθεί σε ένα άρθρο στα υλικά φύσης περιοδικών.

Χρησιμοποιώντας αυτούς τους κανόνες σχεδίου, τα οργανικά ηλιακά κύτταρα υπόσχονται να προφθάσουν τους ανταγωνιστές τους όσον αφορά την αποδοτικότητα μετατροπής δύναμης, η οποία μετρά το μέρος της ενέργειας στην ακτινοβολία του ήλιου που μετατρέπεται στην ηλεκτρική ενέργεια. Το θεωρητικό όριο για το μέρος της ενέργειας του ήλιου που μπορεί να ληφθεί στα ηλιακά κύτταρα είναι γύρω από 33%. Τα εργαστηριακά πειράματα με τα πυρίτιο-βασισμένα στο ηλιακά κύτταρα έχουν επιτύχει 25% στην καλύτερη περίπτωση. Οι ερευνητές μέχρι τώρα έχουν θεωρήσει ότι το όριο για τα οργανικά ηλιακά κύτταρα είναι χαμηλότερο.

«Αλλά τώρα ξέρουμε ότι δεν υπάρχει καμία διαφορά -- το θεωρητικό όριο είναι το ίδιο για τα ηλιακά κύτταρα που κατασκευάζονται από το πυρίτιο, perovskites ή τα πολυμερή σώματα,» λένε Olle Inganas, καθηγητής της βιομοριακής και οργανικής ηλεκτρονικής, πανεπιστήμιο Linkoping.

Όταν τα φωτόνια από τον ήλιο απορροφώνται από το ημιαγωγικό πολυμερές σώμα σε ένα ηλιακό κύτταρο, τα ηλεκτρόνια στο υλικό χορηγών αυξάνονται σε ένα συγκινημένο κράτος, και οι τρύπες διαμορφώνονται στο επίγειο κράτος στο οποίο τα ηλεκτρόνια παραμένουν γοητευμένα. Προκειμένου να χωριστούν αυτές οι συνδεδεμένες ηλεκτρόνια και τρύπες, ένα υλικό αποδεκτών προστίθεται. Εντούτοις, αυτό το υλικό αποδεκτών οδηγεί συνήθως στις πρόσθετες ενεργειακές απώλειες, ένα ζήτημα που έχει ενοχλήσει την οργανική κοινότητα ηλιακών κυττάρων για πάνω από δύο δεκαετίες.

Το άρθρο στα υλικά φύσης παρουσιάζει δύο θεμελιώδεις κανόνες για να ελαχιστοποιηθούν οι ενεργειακές απώλειες για τα ιδιαίτερα αποδοτικά οργανικά ηλιακά κύτταρα: -- Ελαχιστοποιήστε την ενέργεια που αντισταθμίζεται μεταξύ των τμημάτων χορηγών και αποδεκτών. -- Σιγουρευτείτε ότι το συστατικό χαμηλός-Gap στο μίγμα έχει ένα υψηλό photoluminescence.

Οι ερευνητές στα επτά ερευνητικά κέντρα στις ΗΠΑ, την Κίνα και την Ευρώπη έχουν παραγάγει μαζί γύρω από δωδεκάα διαφορετικά υλικά, μερικά από τα οποία έχουν αναφερθεί προηγουμένως και άλλα είναι απολύτως νέα. Έχουν χρησιμοποιήσει αυτών για να καταδείξουν ότι η νέα θεωρία συμφωνεί με τα πειραματικά αποτελέσματα, ακόμα κι αν είναι κάπως ασυμβίβαστη με αυτό που θεωρήθηκε προηγουμένως.

Εκτός από Feng Γκάο, Artem ένα Bakulin από το αυτοκρατορικό κολλέγιο Λονδίνο και Veaceslav Coropceanu από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Γεωργίας είναι επίσης αντίστοιχοι συντάκτες του άρθρου. Η έρευνα έχει χρηματοδοτηθεί από τις επιχορηγήσεις από τις πηγές στη Σουηδία, την ΕΕ, τις ΗΠΑ και την Κίνα, και έχει διεξαχθεί επίσης στα πλαίσια της στρατηγικής πρωτοβουλίας στα προηγμένα λειτουργικά υλικά, AFM, στο πανεπιστήμιο Linkoping.

 ΠΗΓΗ: Seience καθημερινά