Učinkovitost pretvorbe energije fleksibilnih solarnih ćelija značajno je poboljšana!
Sep 16, 2023
Nedavno su istraživači na Institutu za bioenergiju i bioprocesnu tehnologiju Qingdao (QIBEBT) Kineske akademije znanosti poboljšali materijale koji se koriste u ternarnim organskim solarnim ćelijama (TOSC), postigavši razine učinkovitosti slične tradicionalnim solarnim ćelijama. Ovo istraživanje objavljeno je u časopisu "Advanced Materials". Organske fotonaponske solarne ćelije (OSC) vrsta su solarnih ćelija koje pretvaraju sunčevu svjetlost u električnu energiju pomoću organskih materijala, obično malih molekula ili polimera, za razliku od tradicionalnih anorganskih solarnih ćelija koje koriste kristalni silicij ili druge anorganske materijale.
Jedna od glavnih prednosti organskih solarnih ćelija je njihova svestranost i mala težina. Mogu se proizvesti uz niže troškove korištenjem tehnika temeljenih na rješenjima kao što je inkjet ispis, što omogućuje fleksibilne role umjesto krutih ploča. Kao rezultat toga, pronalaze primjenu u raznim područjima kao što su senzori, prijenosni punjači i nosivi elektronički uređaji. OSC također mogu biti poluprozirni ili u boji, što ih čini estetski ugodnima i prikladnima za integraciju u zgrade, prozore i druge strukture.
Međutim, u usporedbi s anorganskim solarnim ćelijama, organske solarne ćelije imaju nižu učinkovitost pretvorbe energije (PCE), koju TOSC želi poboljšati. Standardne binarne organske solarne ćelije sastoje se od donorskog i akceptorskog materijala, ali TOSC je drugačiji jer uključuje treću komponentu poznatu kao "gostujući" materijal.
Uključivanje ove gostujuće komponente ključno je za poboljšanje različitih aspekata performansi solarnih ćelija, kao što je mijenjanje unutarnjeg toka energije ćelije i optimizacija načina na koji ćelija pretvara svjetlost u električnu energiju. Gostujuća komponenta posebno je važna za povećanje PCE-a, jer može proširiti spektar svjetlosti koju solarna ćelija može apsorbirati. Odabirom gostujućih materijala koji apsorbiraju svjetlost u područjima koja nisu pokrivena donorskim ili akceptorskim materijalima, ukupni kapacitet apsorpcije svjetlosti stanice može se poboljšati. Također omogućuje fino podešavanje morfologije miješanog filma, utječući na disocijaciju ekscitona, stvaranje naboja i transport.
S obzirom da gostujuće komponente mogu obavljati više različitih aktivnosti, njihova precizna lokacija unutar "sendviča" ili matrice solarnih ćelija značajno utječe na performanse. Postoje tri moguća položaja za gostujuću komponentu: ugrađena u donorski materijal, ugrađena u akceptorski materijal ili raspršena na sučelju između donora i akceptora, stvarajući mješovite strukture (agregate) slične legurama. Međutim, donedavno je bilo relativno malo eksperimentalnog razmatranja položaja gostujuće komponente.
U svom istraživanju znanstvenici su koristili gostujuću komponentu nazvanu LA1 u TOSC-u, koja se razlikuje od ostalih materijala gostujućih komponenti u smislu kristalnosti. LA1 je akceptor male molekule, a istraživači su ga modificirali s fenilalkilnim bočnim lancem, funkcionalnom skupinom koja se obično koristi u organskim materijalima za fotonaponske sustave.
Modifikacija LA1 da uključi fenilalkilne bočne lance povećala je i kristalnost i poravnanje uz održavanje dovoljne kompatibilnosti, što je rezultiralo poboljšanim performansama TOSC.
Dodatno, istraživači su kontrolirali distribuciju gostujuće komponente mijenjajući varijable koje utječu na interakciju između domaćina i gostujuće komponente, kao što su kompatibilnost domaćin/gost, površinska energija, kristalna kinetika i međumolekularne interakcije. Pronašli su agregate nalik legurama u većini gostujućih molekula, koje su se infiltrirale i raspršile kroz cijelu matricu domaćina.
Veličina kristalita ovih integriranih domaćin/gost "legura" može se lako podesiti da poboljša prijenos naboja i potisne rekombinaciju naboja, što rezultira početnim povećanjem PCE od preko 15%. Naknadno, kombiniranjem gostujuće komponente s akceptorima serije Y6 kao glavnom komponentom, postigli su još veće povećanje učinkovitosti od preko 19%.
Istraživači vjeruju da su postigli značajan eksperimentalni uspjeh, ali u budućnosti je potrebno bolje razumijevanje temeljnih čimbenika koji pokreću te prednosti. Nadaju se da će dobiti dublji uvid u te temeljne sustave.
Iskoristite snagu inovacije s našim vrhunskim kućištima litij-ionskih baterija. Naša tvrtka specijalizirana je za proizvodnju visokokvalitetnih baterijskih kućišta dizajniranih da zadovolje zahtjeve modernog energetskog krajolika. Bilo da se radi o pohranjivanju obnovljive energije, električnim vozilima ili prijenosnoj elektronici, naše kućište baterija nudi zaštitu, performanse i precizno inženjerstvo koje su potrebni vašim projektima. Pridružite se budućnosti pohrane energije s našim kućištima litij-ionskih baterija i otključajte svijet mogućnosti.
