Ефективність перетворення енергії гнучких сонячних батарей значно покращена!
Sep 16, 2023
Нещодавно дослідники Циндаоського інституту біоенергетики та біопроцесних технологій (QIBEBT) Китайської академії наук удосконалили матеріали, що використовуються в потрійних органічних сонячних елементах (TOSC), досягнувши рівня ефективності, подібного до традиційних сонячних елементів. Це дослідження було опубліковано в журналі «Advanced Materials». Органічні фотоелектричні сонячні батареї (OSC) — це тип сонячних елементів, які перетворюють сонячне світло в електрику за допомогою органічних матеріалів, як правило, малих молекул або полімерів, на відміну від традиційних неорганічних сонячних елементів, які використовують кристалічний кремній або інші неорганічні матеріали.
Однією з головних переваг органічних сонячних елементів є їх універсальність і легкість. Їх можна виготовляти з нижчими витратами, використовуючи такі технології, як струменевий друк, що дозволяє використовувати гнучкі рулони замість жорстких панелей. У результаті вони знаходять застосування в різних сферах, таких як датчики, портативні зарядні пристрої та носимі електронні пристрої. OSC також можуть бути напівпрозорими або кольоровими, що робить їх естетично привабливими та придатними для інтеграції в будівлі, вікна та інші конструкції.
Однак, порівняно з неорганічними сонячними елементами, органічні сонячні елементи мають нижчу ефективність перетворення електроенергії (PCE), яку TOSC прагне покращити. Стандартні бінарні органічні сонячні батареї складаються з донорного та акцепторного матеріалів, але TOSC відрізняється тим, що включає третій компонент, відомий як «гостьовий» матеріал.
Включення цього гостьового компонента має вирішальне значення для підвищення різних аспектів продуктивності сонячних елементів, таких як зміна внутрішнього потоку енергії елемента та оптимізація того, як елемент перетворює світло в електрику. Гостьовий компонент особливо важливий для збільшення PCE, оскільки він може розширити спектр світла, який може поглинути сонячний елемент. Вибираючи гостьові матеріали, які поглинають світло в областях, не охоплених донорними або акцепторними матеріалами, можна покращити загальну світлопоглинаючу здатність клітини. Це також дозволяє точно налаштувати морфологію змішаної плівки, впливаючи на дисоціацію екситонів, генерацію заряду та транспорт.
З огляду на те, що гостьові компоненти можуть виконувати кілька різних дій, їхнє точне розташування в «сендвічі» або матриці сонячних елементів значно впливає на продуктивність. Є три можливі положення для гостьового компонента: вбудований у донорний матеріал, вбудований у акцепторний матеріал або розсіяний на межі розділу між донором і акцептором, створюючи змішані структури (агрегати), подібні до сплаву. Однак донедавна було відносно мало експериментальних розглядів позиції гостьового компонента.
У своєму дослідженні вчені використовували гостьовий компонент під назвою LA1 в TOSC, який відрізняється від інших матеріалів гостьових компонентів кристалічністю. LA1 є акцептором невеликих молекул, і дослідники модифікували його за допомогою фенілалкільного бічного ланцюга, функціональної групи, яка зазвичай використовується в органічних матеріалах для фотоелектричних систем.
Модифікація LA1 для включення фенілалкільних бічних ланцюгів підвищила як кристалічність, так і вирівнювання, зберігаючи достатню сумісність, що призвело до покращеної продуктивності TOSC.
Крім того, дослідники контролювали розподіл гостьового компонента, змінюючи змінні, які впливають на взаємодію між господарським і гостьовим компонентами, наприклад, сумісність хост/гость, поверхнева енергія, кінетика кристалів і міжмолекулярні взаємодії. Вони виявили сплавоподібні агрегати в більшості гостьових молекул, які проникли та поширювалися по всій матриці-хазяїні.
Розмір кристалів цих інтегрованих господарських/гостьових «сплавів» можна було легко налаштувати для покращення перенесення заряду та придушення рекомбінації заряду, що призвело до початкового збільшення PCE понад 15%. Згодом, поєднавши гостьовий компонент із акцепторами серії Y6 як основним компонентом, вони досягли ще більшого підвищення ефективності понад 19%.
Дослідники вважають, що вони досягли значного експериментального успіху, але в майбутньому необхідно краще зрозуміти основні фактори, що спричиняють ці переваги. Вони сподіваються отримати глибше розуміння цих фундаментальних систем.
Використовуйте силу інновацій за допомогою наших передових корпусів літій-іонних акумуляторів. Наша компанія спеціалізується на виробництві високоякісних акумуляторних корпусів, розроблених відповідно до вимог сучасної енергетичної сфери. Незалежно від того, чи то для зберігання відновлюваної енергії, електромобілів чи портативної електроніки, наші корпуси акумуляторів пропонують захист, ефективність і точність розробки, необхідні для ваших проектів. Приєднуйтесь до майбутнього накопичення енергії з нашими корпусами літій-іонних акумуляторів і відкрийте світ можливостей.
