Účinnosť premeny energie flexibilných solárnych článkov sa výrazne zlepšila!

Nedávno výskumníci z Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) Čínskej akadémie vied zlepšili materiály používané v ternárnych organických solárnych článkoch (TOSC), čím dosiahli úrovne účinnosti podobné tradičným solárnym článkom. Tento výskum bol publikovaný v časopise „Advanced Materials“. Organické fotovoltaické solárne články (OSC) sú typom solárnych článkov, ktoré premieňajú slnečné svetlo na elektrinu pomocou organických materiálov, zvyčajne malých molekúl alebo polymérov, na rozdiel od tradičných anorganických solárnych článkov, ktoré využívajú kryštalický kremík alebo iné anorganické materiály.

Jednou z hlavných výhod organických solárnych článkov je ich všestrannosť a nízka hmotnosť. Môžu byť vyrobené s nižšími nákladmi pomocou techník založených na riešení, ako je atramentová tlač, čo umožňuje flexibilné kotúče namiesto pevných panelov. Vďaka tomu nachádzajú uplatnenie v rôznych oblastiach, ako sú senzory, prenosné nabíjačky a nositeľné elektronické zariadenia. OSC môžu byť tiež polopriehľadné alebo farebné, vďaka čomu sú esteticky príjemné a vhodné na integráciu do budov, okien a iných štruktúr.

V porovnaní s anorganickými solárnymi článkami však organické solárne články majú nižšiu účinnosť premeny energie (PCE), ktorú chce TOSC zlepšiť. Štandardné binárne organické solárne články pozostávajú z donorového materiálu a akceptorového materiálu, ale TOSC je iný, pretože obsahuje tretiu zložku známu ako „hosťovský“ materiál.

Zahrnutie tohto hosťujúceho komponentu je rozhodujúce pre zlepšenie rôznych aspektov výkonu solárneho článku, ako je napríklad zmena vnútorného energetického toku článku a optimalizácia spôsobu, akým článok premieňa svetlo na elektrinu. Hosťovská zložka je obzvlášť dôležitá pre zvýšenie PCE, pretože môže rozšíriť spektrum svetla, ktoré môže solárny článok absorbovať. Výberom hosťujúcich materiálov, ktoré absorbujú svetlo v oblastiach, ktoré nie sú pokryté donorovými alebo akceptorovými materiálmi, sa môže zlepšiť celková kapacita absorpcie svetla bunky. Umožňuje tiež jemné doladenie morfológie zmiešaného filmu, čo ovplyvňuje disociáciu excitónu, generovanie náboja a transport.

Vzhľadom na to, že hosťujúce komponenty môžu vykonávať viacero rôznych činností, ich presné umiestnenie v „sendviči“ alebo matrici solárnych článkov výrazne ovplyvňuje výkon. Existujú tri možné polohy pre hosťujúcu zložku: vložené do materiálu darcu, vložené do materiálu akceptora alebo rozptýlené na rozhraní medzi donorom a akceptorom, čím sa vytvárajú zmiešané štruktúry podobné zliatine (agregáty). Až donedávna sa však pomerne málo experimentovalo s pozíciou hosťujúcej zložky.

Vo svojom výskume vedci použili hosťujúcu zložku s názvom LA1 v TOSC, ktorá sa líši od iných hosťujúcich komponentov z hľadiska kryštalinity. LA1 je akceptor s malou molekulou a výskumníci ho modifikovali fenylalkylovým bočným reťazcom, funkčnou skupinou bežne používanou v organických materiáloch pre fotovoltaické systémy.

Modifikácia LA1 tak, aby zahŕňala fenylalkylové bočné reťazce, zvýšila kryštalinitu aj zarovnanie pri zachovaní dostatočnej kompatibility, čo vedie k zlepšenému výkonu TOSC.

Okrem toho výskumníci riadili distribúciu hosťovskej zložky zmenou premenných, ktoré ovplyvňujú interakciu medzi hostiteľskou a hosťujúcou zložkou, ako je kompatibilita hostiteľ/hosť, povrchová energia, kryštalická kinetika a intermolekulárne interakcie. Vo väčšine hosťovských molekúl našli agregáty podobné zliatine, ktoré infiltrovali a difundovali do celej hostiteľskej matrice.

Veľkosť kryštálov týchto integrovaných „zliatin“ hostiteľ/hosť by sa dala ľahko vyladiť tak, aby sa zlepšil prenos náboja a potlačila sa rekombinácia náboja, čo viedlo k počiatočnému zvýšeniu PCE o viac ako 15 %. Následne, spojením hosťujúceho komponentu s akceptormi série Y6 ako hlavným komponentom, dosiahli ešte väčšie zvýšenie účinnosti o viac ako 19 %.

Výskumníci sa domnievajú, že dosiahli významný experimentálny úspech, ale v budúcnosti je potrebné lepšie porozumieť základným faktorom, ktoré riadia tieto výhody. Dúfajú, že získajú hlbší prehľad o týchto základných systémoch.

Využite silu inovácie s našimi špičkovými krytmi lítium-iónových batérií. Naša spoločnosť sa špecializuje na výrobu vysoko kvalitných batériových krytov navrhnutých tak, aby spĺňali požiadavky moderného energetického prostredia. Či už ide o skladovanie obnoviteľnej energie, elektrické vozidlá alebo prenosnú elektroniku, naše kryty batérií ponúkajú ochranu, výkon a presné inžinierstvo, ktoré vaše projekty potrebujú. Pripojte sa k budúcnosti skladovania energie s našimi obalmi lítium-iónových batérií a odomknite svet možností.