Η απόδοση μετατροπής ισχύος των ευέλικτων ηλιακών κυψελών έχει βελτιωθεί σημαντικά!

Πρόσφατα, ερευνητές στο Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών έκαναν βελτιώσεις στα υλικά που χρησιμοποιούνται σε τριμερή οργανικά ηλιακά κύτταρα (TOSC), επιτυγχάνοντας επίπεδα απόδοσης παρόμοια με τα παραδοσιακά ηλιακά κύτταρα. Αυτή η έρευνα δημοσιεύτηκε στο περιοδικό "Advanced Materials". Τα οργανικά φωτοβολταϊκά ηλιακά κύτταρα (OSC) είναι ένας τύπος ηλιακών κυψελών που μετατρέπει το ηλιακό φως σε ηλεκτρική χρησιμοποιώντας οργανικά υλικά, συνήθως μικρά μόρια ή πολυμερή, σε αντίθεση με τα παραδοσιακά ανόργανα ηλιακά κύτταρα που χρησιμοποιούν κρυσταλλικό πυρίτιο ή άλλα ανόργανα υλικά.

Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα των οργανικών ηλιακών κυψελών είναι η ευελιξία και η ελαφριά φύση τους. Μπορούν να παραχθούν με χαμηλότερο κόστος χρησιμοποιώντας τεχνικές που βασίζονται σε λύσεις, όπως η εκτύπωση inkjet, επιτρέποντας εύκαμπτα ρολά αντί για άκαμπτα πάνελ. Ως αποτέλεσμα, βρίσκουν εφαρμογές σε διάφορους τομείς όπως αισθητήρες, φορητούς φορτιστές και φορητές ηλεκτρονικές συσκευές. Τα OSC μπορούν επίσης να είναι ημιδιαφανή ή έγχρωμα, καθιστώντας τα αισθητικά ευχάριστα και κατάλληλα για ενσωμάτωση σε κτίρια, παράθυρα και άλλες κατασκευές.

Ωστόσο, σε σύγκριση με τα ανόργανα ηλιακά κύτταρα, τα οργανικά ηλιακά κύτταρα έχουν χαμηλότερη απόδοση μετατροπής ισχύος (PCE), την οποία στοχεύει να βελτιώσει το TOSC. Τα τυπικά δυαδικά οργανικά ηλιακά κύτταρα αποτελούνται από ένα υλικό δότη και ένα υλικό δέκτη, αλλά το TOSC είναι διαφορετικό καθώς περιλαμβάνει ένα τρίτο συστατικό γνωστό ως υλικό "επισκέπτης".

Η συμπερίληψη αυτού του στοιχείου φιλοξενίας είναι ζωτικής σημασίας για τη βελτίωση διαφόρων πτυχών της απόδοσης των ηλιακών κυψελών, όπως η αλλαγή της εσωτερικής ροής ενέργειας της κυψέλης και η βελτιστοποίηση του τρόπου με τον οποίο η κυψέλη μετατρέπει το φως σε ηλεκτρική ενέργεια. Το επισκέπτης είναι ιδιαίτερα σημαντικό για την αύξηση του PCE, καθώς μπορεί να διευρύνει το φάσμα του φωτός που μπορεί να απορροφήσει το ηλιακό στοιχείο. Επιλέγοντας φιλοξενούμενα υλικά που απορροφούν φως σε περιοχές που δεν καλύπτονται από τα υλικά δότη ή δέκτη, μπορεί να βελτιωθεί η συνολική ικανότητα απορρόφησης φωτός της κυψέλης. Επιτρέπει επίσης τη λεπτομέρεια της μορφολογίας του μικτού φιλμ, επηρεάζοντας τη διάσταση των εξιτονίων, τη δημιουργία φορτίου και τη μεταφορά.

Δεδομένου ότι τα φιλοξενούμενα εξαρτήματα μπορούν να εκτελούν πολλές διαφορετικές δραστηριότητες, η ακριβής τους θέση εντός του "σάντουιτς" ή της μήτρας ηλιακής κυψέλης επηρεάζει σημαντικά την απόδοση. Υπάρχουν τρεις πιθανές θέσεις για το φιλοξενούμενο εξάρτημα: ενσωματωμένο μέσα στο υλικό δότη, ενσωματωμένο μέσα στο υλικό δέκτη ή διασκορπισμένο στη διεπαφή μεταξύ του δότη και του δέκτη, δημιουργώντας μικτές δομές που μοιάζουν με κράμα (συσσωματώματα). Ωστόσο, μέχρι πρόσφατα, υπήρξε σχετικά μικρή πειραματική εξέταση της θέσης του επισκέπτη.

Στην έρευνά τους, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ένα φιλοξενούμενο εξάρτημα που ονομάζεται LA1 στο TOSC, το οποίο διαφέρει από τα άλλα υλικά φιλοξενούμενων εξαρτημάτων όσον αφορά την κρυσταλλικότητα. Το LA1 είναι ένας δέκτης μικρού μορίου και οι ερευνητές το τροποποίησαν με μια πλευρική αλυσίδα φαινυλαλκυλίου, μια λειτουργική ομάδα που χρησιμοποιείται συνήθως σε οργανικά υλικά για φωτοβολταϊκά συστήματα.

Η τροποποίηση του LA1 ώστε να περιλαμβάνει πλευρικές αλυσίδες φαινυλαλκυλίου αύξησε τόσο την κρυσταλλικότητα όσο και την ευθυγράμμιση διατηρώντας παράλληλα επαρκή συμβατότητα, με αποτέλεσμα βελτιωμένη απόδοση TOSC.

Επιπλέον, οι ερευνητές έλεγξαν την κατανομή του επισκέπτη αλλάζοντας μεταβλητές που επηρεάζουν την αλληλεπίδραση μεταξύ του ξενιστή και του φιλοξενούμενου συστατικού, όπως η συμβατότητα ξενιστή/επισκέπτη, η επιφανειακή ενέργεια, η κρυσταλλική κινητική και οι διαμοριακές αλληλεπιδράσεις. Βρήκαν συσσωματώματα που μοιάζουν με κράμα στα περισσότερα φιλοξενούμενα μόρια, τα οποία διείσδυσαν και διαχέονταν σε ολόκληρη τη μήτρα του ξενιστή.

Το μέγεθος κρυσταλλίτη αυτών των ενσωματωμένων "κράματα" ξενιστή/επισκέπτη θα μπορούσε εύκολα να ρυθμιστεί για να βελτιώσει τη μεταφορά φορτίου και να καταστέλλει τον ανασυνδυασμό φορτίου, με αποτέλεσμα μια αρχική αύξηση PCE πάνω από 15%. Στη συνέχεια, συνδυάζοντας το guest εξάρτημα με τους δέκτες της σειράς Y6 ως κύριο εξάρτημα, πέτυχαν ακόμη μεγαλύτερη ώθηση απόδοσης άνω του 19%.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι έχουν επιτύχει σημαντική πειραματική επιτυχία, αλλά απαιτείται καλύτερη κατανόηση των υποκείμενων παραγόντων που οδηγούν αυτά τα πλεονεκτήματα στο μέλλον. Ελπίζουν να αποκτήσουν μια βαθύτερη εικόνα αυτών των θεμελιωδών συστημάτων.

Αξιοποιήστε τη δύναμη της καινοτομίας με τα σύγχρονα κελύφη μπαταριών ιόντων λιθίου. Η εταιρεία μας ειδικεύεται στην παραγωγή μπαταριών υψηλής ποιότητας σχεδιασμένων να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις του σύγχρονου ενεργειακού τοπίου. Είτε πρόκειται για αποθήκευση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, ηλεκτρικά οχήματα ή φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, τα κελύφη μπαταριών μας προσφέρουν την προστασία, την απόδοση και τη μηχανική ακρίβειας που χρειάζονται τα έργα σας. Γίνετε μέλος του μέλλοντος της αποθήκευσης ενέργειας με τα κελύφη της μπαταρίας ιόντων λιθίου και ξεκλειδώστε έναν κόσμο δυνατοτήτων.