Strømkonverteringseffektiviteten af fleksible solceller er væsentligt forbedret!
Sep 16, 2023
For nylig har forskere ved Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) fra det kinesiske videnskabsakademi foretaget forbedringer af de materialer, der bruges i ternære organiske solceller (TOSC), og opnåede effektivitetsniveauer svarende til traditionelle solceller. Denne forskning blev offentliggjort i tidsskriftet "Advanced Materials." Organiske fotovoltaiske solceller (OSC) er en type solceller, der omdanner sollys til elektricitet ved hjælp af organiske materialer, typisk små molekyler eller polymerer, i modsætning til traditionelle uorganiske solceller, der bruger krystallinsk silicium eller andre uorganiske materialer.
En af de vigtigste fordele ved organiske solceller er deres alsidighed og lette natur. De kan produceres til lavere omkostninger ved hjælp af løsningsbaserede teknikker som inkjet-print, hvilket giver mulighed for fleksible ruller i stedet for stive paneler. Som et resultat finder de applikationer inden for forskellige områder, såsom sensorer, bærbare opladere og bærbare elektroniske enheder. OSC'er kan også være semi-transparente eller farvede, hvilket gør dem æstetisk tiltalende og velegnede til integration i bygninger, vinduer og andre strukturer.
Men sammenlignet med uorganiske solceller har organiske solceller lavere energikonverteringseffektivitet (PCE), som TOSC sigter mod at forbedre. Standard binære organiske solceller består af et donormateriale og et acceptormateriale, men TOSC er anderledes, da det indeholder en tredje komponent kendt som "gæstematerialet".
Inkluderingen af denne gæstekomponent er afgørende for at forbedre forskellige aspekter af solcellens ydeevne, såsom ændring af cellens interne energiflux og optimering af, hvordan cellen omdanner lys til elektricitet. Gæstekomponenten er særlig vigtig for at øge PCE, da den kan udvide lysspektret, som solcellen kan absorbere. Ved at vælge gæstematerialer, der absorberer lys i områder, der ikke er dækket af donor- eller acceptormaterialerne, kan cellens overordnede lysabsorptionskapacitet forbedres. Det giver også mulighed for at finjustere morfologien af den blandede film, hvilket påvirker excitondissociation, ladningsgenerering og transport.
Da gæstekomponenter kan udføre flere forskellige aktiviteter, påvirker deres præcise placering i solcellens "sandwich" eller matrix ydeevnen betydeligt. Der er tre mulige positioner for gæstekomponenten: indlejret i donormaterialet, indlejret i acceptormaterialet eller spredt ved grænsefladen mellem donoren og acceptoren, hvilket skaber legeringslignende blandede strukturer (aggregater). Indtil for nylig har der dog været relativt få eksperimentelle overvejelser om gæstekomponentens position.
I deres forskning brugte forskerne en gæstekomponent kaldet LA1 i TOSC, som adskiller sig fra andre gæstekomponentmaterialer med hensyn til krystallinitet. LA1 er en lille molekyleacceptor, og forskerne modificerede den med en phenylalkylsidekæde, en funktionel gruppe, der almindeligvis anvendes i organiske materialer til solcelleanlæg.
Modifikationen af LA1 til at inkludere phenylalkylsidekæder øgede både krystallinitet og justering, samtidig med at tilstrækkelig kompatibilitet blev bibeholdt, hvilket resulterede i forbedret TOSC-ydeevne.
Derudover kontrollerede forskerne fordelingen af gæstekomponenten ved at ændre variabler, der påvirker interaktionen mellem værts- og gæstekomponenterne, såsom vært/gæst-kompatibilitet, overfladeenergi, krystallinsk kinetik og intermolekylære interaktioner. De fandt legeringslignende aggregater i de fleste gæstemolekyler, som infiltrerede og diffunderede gennem hele værtsmatrixen.
Krystallitstørrelsen af disse integrerede værts-/gæste-"legeringer" kunne nemt justeres for at forbedre ladningsoverførsel og undertrykke ladningsrekombination, hvilket resulterer i en initial PCE-stigning på over 15%. Efterfølgende opnåede de ved at kombinere gæstekomponenten med Y6 serie acceptorer som hovedkomponent et endnu større effektivitetsløft på over 19%.
Forskerne mener, at de har opnået betydelig eksperimentel succes, men en bedre forståelse af de underliggende faktorer, der driver disse fordele, er nødvendig i fremtiden. De håber at få en dybere indsigt i disse grundlæggende systemer.
Udnyt innovationens kraft med vores banebrydende lithium-ion batteripakkeskaller. Vores virksomhed er specialiseret i at producere batterikabinetter af høj kvalitet designet til at opfylde kravene i det moderne energilandskab. Uanset om det er til lagring af vedvarende energi, elektriske køretøjer eller bærbar elektronik, tilbyder vores batteriskaller den beskyttelse, ydeevne og præcisionsteknik, som dine projekter har brug for. Slut dig til fremtiden for energilagring med vores lithium-ion batteripakkeskaller og lås op for en verden af muligheder.
