Efektywność konwersji energii w elastycznych ogniwach słonecznych została znacznie poprawiona!

Niedawno naukowcy z Instytutu Bioenergii i Technologii Bioprocesów w Qingdao (QIBEBT) Chińskiej Akademii Nauk wprowadzili ulepszenia materiałów stosowanych w trójskładnikowych organicznych ogniwach słonecznych (TOSC), osiągając poziom wydajności podobny do tradycyjnych ogniw słonecznych. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „Advanced Materials”. Organiczne fotowoltaiczne ogniwa słoneczne (OSC) to rodzaj ogniw słonecznych, które przekształcają światło słoneczne w energię elektryczną przy użyciu materiałów organicznych, zazwyczaj małych cząsteczek lub polimerów, w przeciwieństwie do tradycyjnych nieorganicznych ogniw słonecznych, które wykorzystują krystaliczny krzem lub inne materiały nieorganiczne.

Jedną z głównych zalet organicznych ogniw słonecznych jest ich wszechstronność i lekkość. Można je wytwarzać po niższych kosztach, stosując techniki oparte na rozwiązaniach, takie jak druk atramentowy, pozwalający na stosowanie elastycznych rolek zamiast sztywnych paneli. W rezultacie znajdują zastosowanie w różnych dziedzinach, takich jak czujniki, przenośne ładowarki i urządzenia elektroniczne do noszenia. OSC mogą być również półprzezroczyste lub kolorowe, dzięki czemu są estetyczne i nadają się do integracji z budynkami, oknami i innymi konstrukcjami.

Jednakże w porównaniu z nieorganicznymi ogniwami słonecznymi organiczne ogniwa słoneczne mają niższą efektywność konwersji energii (PCE), którą TOSC ma na celu poprawę. Standardowe binarne organiczne ogniwa słoneczne składają się z materiału donora i materiału akceptora, ale TOSC jest inny, ponieważ zawiera trzeci składnik znany jako materiał „gościa”.

Włączenie tego gościnnego składnika ma kluczowe znaczenie dla poprawy różnych aspektów wydajności ogniw słonecznych, takich jak zmiana wewnętrznego strumienia energii ogniwa i optymalizacja sposobu, w jaki ogniwo przekształca światło w energię elektryczną. Składnik gościa jest szczególnie ważny dla zwiększenia PCE, ponieważ może poszerzyć spektrum światła, które może zaabsorbować ogniwo słoneczne. Wybierając materiały dodatkowe, które pochłaniają światło w obszarach nieobjętych materiałami donora lub akceptora, można poprawić ogólną zdolność pochłaniania światła przez ogniwo. Pozwala także na precyzyjne dostrojenie morfologii mieszanej warstwy, wpływając na dysocjację ekscytonów, wytwarzanie ładunku i transport.

Biorąc pod uwagę, że komponenty gościnne mogą wykonywać wiele różnych czynności, ich dokładna lokalizacja w „kanapce” lub matrycy ogniwa słonecznego znacząco wpływa na wydajność. Istnieją trzy możliwe pozycje składnika gościa: osadzony w materiale donora, osadzony w materiale akceptorowym lub rozproszony na styku donora i akceptora, tworząc mieszane struktury przypominające stop (agregaty). Jednak do niedawna stosunkowo niewiele eksperymentalnie rozważano pozycji komponentu gościa.

W swoich badaniach naukowcy wykorzystali składnik gościnny o nazwie LA1 w TOSC, który różni się od innych materiałów składników gościnnych pod względem krystaliczności. LA1 jest akceptorem małocząsteczkowym i badacze zmodyfikowali go za pomocą bocznego łańcucha fenyloalkilowego, grupy funkcyjnej powszechnie stosowanej w materiałach organicznych do systemów fotowoltaicznych.

Modyfikacja LA1 w celu włączenia łańcuchów bocznych fenyloalkilu zwiększyła zarówno krystaliczność, jak i wyrównanie, zachowując jednocześnie wystarczającą kompatybilność, co skutkuje zwiększoną wydajnością TOSC.

Ponadto badacze kontrolowali rozkład składnika gościa, zmieniając zmienne wpływające na interakcję między składnikami gospodarza i gościa, takie jak zgodność gospodarz/gość, energia powierzchniowa, kinetyka krystaliczna i interakcje międzycząsteczkowe. W większości cząsteczek gości odkryli agregaty stopowe, które infiltrowały i rozprzestrzeniały się po całej macierzy gospodarza.

Rozmiar krystalitów tych zintegrowanych „stopów” gospodarza/gościa można łatwo dostroić w celu zwiększenia przenoszenia ładunku i stłumienia rekombinacji ładunku, co skutkuje początkowym wzrostem PCE o ponad 15%. Następnie, łącząc komponent gościnny z akceptorami serii Y6 jako komponent główny, osiągnięto jeszcze większy wzrost wydajności o ponad 19%.

Naukowcy uważają, że odnieśli znaczący sukces eksperymentalny, ale w przyszłości konieczne będzie lepsze zrozumienie czynników leżących u podstaw tych korzyści. Mają nadzieję uzyskać głębszy wgląd w te podstawowe systemy.

Wykorzystaj moc innowacji dzięki naszym najnowocześniejszym obudowom akumulatorów litowo-jonowych. Nasza firma specjalizuje się w produkcji wysokiej jakości obudów akumulatorowych zaprojektowanych tak, aby sprostać wymaganiom współczesnego krajobrazu energetycznego. Niezależnie od tego, czy chodzi o magazynowanie energii odnawialnej, pojazdy elektryczne czy przenośną elektronikę, nasze obudowy akumulatorów zapewniają ochronę, wydajność i precyzyjną inżynierię, których potrzebują Twoje projekty. Dołącz do przyszłości magazynowania energii dzięki naszym obudowom akumulatorów litowo-jonowych i odblokuj świat możliwości.