Οργανικά ηλιακά κύτταρα υψηλής απόδοσης επεξεργασμένα με πράσινους διαλύτες

Τα οργανικά ηλιακά κύτταρα αναπτύσσονται γρήγορα και τα ηλιακά κύτταρα που παράγονται σε εργαστήρια έχουν επί του παρόντος μέγιστη ενεργειακή απόδοση άνω του 18%. Η ενεργειακή απόδοση μετρά πόση ενέργεια στο ηλιακό φως μετατρέπεται σε χρήσιμη ενέργεια στα ηλιακά κύτταρα. Το όριο απόδοσης των οργανικών ηλιακών κυψελών θεωρείται ότι είναι περίπου 24%.

Μια πρόκληση είναι να κατασκευαστούν οργανικά ηλιακά κύτταρα που να είναι αρκετά σταθερά ώστε να λειτουργούν για δέκα χρόνια ή περισσότερα. Μια άλλη πρόκληση είναι ότι τα ηλιακά κύτταρα που κατασκευάζονται σε διαλύματα που περιέχουν τοξικούς διαλύτες και σχετικά χαμηλά σημεία βρασμού μπορούν να λάβουν την υψηλότερη ενέργεια. Το χαμηλό σημείο βρασμού μπορεί να προκαλέσει προβλήματα στη διαδικασία παραγωγής επειδή το διάλυμα εξατμίζεται ελαφρώς πολύ γρήγορα. Η χρήση υψηλότερου σημείου βρασμού, πιο φιλικών προς το περιβάλλον διαλυτών θα οδηγήσει αμέσως σε χαμηλότερη ενεργειακή απόδοση. Αυτό είναι ένα πρόβλημα που προσπαθούν να λύσουν ερευνητές σε όλο τον κόσμο.

Αυτά τα ζητήματα έχουν πλέον επιλυθεί σε ένα κοινό έργο με επικεφαλής ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Linköping στη Σουηδία και το Πανεπιστήμιο Suzhou στην Κίνα.

Έχουν κατασκευάσει με επιτυχία ηλιακά κύτταρα που χρησιμοποιούν διαλύματα υψηλού σημείου βρασμού που δεν περιέχουν τοξικά συστατικά και έχουν ενεργειακή απόδοση μεγαλύτερη από 17%. Επιπλέον, η πράσινη ηλιακή μονάδα επεξεργασμένη με διαλύτη με εμβαδόν 36 τετραγωνικά εκατοστά δείχνει απόδοση μετατροπής ισχύος μεγαλύτερη από 14%. Αυτή είναι η υψηλότερη απόδοση μιας μονάδας οργανικής ηλιακής κυψέλης με ενεργό εμβαδόν άνω των 20 cm2 μέχρι στιγμής. Αυτές οι δύο ανακαλύψεις έχουν μεγάλη σημασία για μεγάλης κλίμακας εμπορικές ανακαλύψεις στην τεχνολογία οργανικών ηλιακών κυττάρων.

Ο Zhang Rui, μεταδιδακτορικός συνεργάτης σε συνεργασία με τον καθηγητή Gao Feng από το Τμήμα Ηλεκτρονικής και Φωτονικών Υλικών του Πανεπιστημίου Linköping, είπε:"Τα ερευνητικά μας αποτελέσματα μπορούν τώρα να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή οργανικών ηλιακών κυττάρων για εξωτερική χρήση σε μεγαλύτερη κλίμακα ."

Οι λειτουργίες των οργανικών ηλιακών κυψελών βελτιώνονται σταδιακά. Όταν το ηλιακό φως με τη μορφή φωτονίων απορροφάται από τον δότη οργανικού ημιαγωγού, εμφανίζεται μια"διεγερμένη κατάσταση" σχηματίζεται. Τα ηλεκτρόνια πηδούν σε υψηλότερα επίπεδα ενέργειας και δημιουργούν οπές σε χαμηλότερα επίπεδα ενέργειας, ωστόσο, εξακολουθούν να έλκονται. Τα ηλεκτρόνια δεν απελευθερώνονται πλήρως και δεν δημιουργείται φωτορεύμα. Οι ερευνητές διεξήγαγαν πειράματα και πρόσθεσαν διάφορα υλικά δέκτη που δέχονται ηλεκτρόνια, ελευθερώνοντάς τα έτσι να δημιουργήσουν φωτορεύμα.

Πριν από μερικά χρόνια, Κινέζοι ερευνητές ανέπτυξαν έναν νέο τύπο υλικού δέκτη που ονομάζεται Y6, το οποίο μπορεί να προσφέρει υψηλή απόδοση για οργανικά ηλιακά κύτταρα.

Η εργασία που περιγράφεται στην κοινή δημοσίευση έχει πλέον επιτευχθεί για την εύρεση ενός φιλοξενούμενου μορίου που ονομάζεται BTO, το οποίο διασφαλίζει ότι τα μόρια Y6 στο ηλιακό κύτταρο στοιβάζονται με τόσο σφιχτό και σταθερό τρόπο στον πράσινο διαλύτη, ο οποίος μπορεί να δημιουργήσει φωτορεύμα. αποτελεσματικός. Η προσθήκη BTO μπορεί επίσης να κατασκευάσει αποτελεσματικά ηλιακά κύτταρα μεγαλύτερης επιφάνειας.

& quot;Η στρατηγική μας θέτει σαφείς κανόνες σχεδιασμού για τη βελτιστοποίηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ του οργανικού δότη και του αποδέκτη στο μείγμα πολλών συστατικών και πληροί τις βασικές απαιτήσεις για τη μελλοντική ανάπτυξη της οργανικής τεχνολογίας φωτοβολταϊκών," είπε ο καθηγητής Li Yaowen του Πανεπιστημίου Soochow.