Эффективность преобразования энергии гибких солнечных элементов значительно улучшена!

Недавно исследователи из Циндаоского института биоэнергетики и биотехнологий (QIBEBT) Китайской академии наук усовершенствовали материалы, используемые в тройных органических солнечных элементах (TOSC), достигнув уровня эффективности, аналогичного традиционным солнечным элементам. Это исследование было опубликовано в журнале «Advanced Materials». Органические фотоэлектрические солнечные элементы (OSC) — это тип солнечных элементов, которые преобразуют солнечный свет в электричество с использованием органических материалов, обычно небольших молекул или полимеров, в отличие от традиционных неорганических солнечных элементов, в которых используется кристаллический кремний или другие неорганические материалы.

Одним из главных преимуществ органических солнечных батарей является их универсальность и легкий вес. Их можно производить с меньшими затратами, используя такие методы, основанные на решениях, как струйная печать, позволяющая использовать гибкие рулоны вместо жестких панелей. В результате они находят применение в различных областях, таких как датчики, портативные зарядные устройства и носимые электронные устройства. OSC также могут быть полупрозрачными или цветными, что делает их эстетически привлекательными и пригодными для интеграции в здания, окна и другие конструкции.

Однако по сравнению с неорганическими солнечными элементами, органические солнечные элементы имеют более низкую эффективность преобразования энергии (PCE), которую TOSC стремится улучшить. Стандартные бинарные органические солнечные элементы состоят из материала-донора и материала-акцептора, но TOSC отличается тем, что включает третий компонент, известный как «гостевой» материал.

Включение этого гостевого компонента имеет решающее значение для улучшения различных аспектов производительности солнечной батареи, таких как изменение потока внутренней энергии ячейки и оптимизация того, как ячейка преобразует свет в электричество. Гостевой компонент особенно важен для увеличения PCE, поскольку он может расширить спектр света, который может поглощать солнечный элемент. Выбирая гостевые материалы, которые поглощают свет в областях, не покрытых донорными или акцепторными материалами, можно улучшить общую светопоглощающую способность клетки. Это также позволяет точно настраивать морфологию смешанной пленки, влияя на диссоциацию экситонов, генерацию заряда и транспорт.

Учитывая, что гостевые компоненты могут выполнять множество различных действий, их точное расположение внутри «сэндвича» или матрицы солнечного элемента существенно влияет на производительность. Существует три возможных положения гостевого компонента: внедренный в материал-донор, внедренный в материал-акцептор или диспергированный на границе раздела между донором и акцептором, создавая сплавоподобные смешанные структуры (агрегаты). Однако до недавнего времени положение гостевого компонента экспериментально рассматривалось сравнительно мало.

В своем исследовании ученые использовали в TOSC гостевой компонент под названием LA1, который отличается от других материалов гостевого компонента кристалличностью. LA1 является акцептором небольшой молекулы, и исследователи модифицировали его, добавив фенилалкильную боковую цепь, функциональную группу, обычно используемую в органических материалах для фотоэлектрических систем.

Модификация LA1 с включением фенилалкильных боковых цепей увеличила как кристалличность, так и выравнивание, сохраняя при этом достаточную совместимость, что привело к улучшению характеристик TOSC.

Кроме того, исследователи контролировали распределение гостевого компонента, изменяя переменные, влияющие на взаимодействие между хозяином и гостем, такие как совместимость хозяина и гостя, поверхностная энергия, кристаллическая кинетика и межмолекулярные взаимодействия. Они обнаружили сплавоподобные агрегаты в большинстве гостевых молекул, которые проникли и распространились по всей матрице хозяина.

Размер кристаллитов этих интегрированных «сплавов-хозяев/гостей» можно легко настроить для улучшения переноса заряда и подавления рекомбинации заряда, что приводит к первоначальному увеличению PCE более чем на 15%. Впоследствии, объединив гостевой компонент с акцепторами серии Y6 в качестве основного компонента, они добились еще большего повышения эффективности - более 19%.

Исследователи полагают, что они достигли значительных экспериментальных успехов, но в будущем необходимо лучшее понимание основных факторов, обуславливающих эти преимущества. Они надеются получить более глубокое понимание этих фундаментальных систем.

Используйте всю мощь инноваций с помощью наших передовых литий-ионных аккумуляторов. Наша компания специализируется на производстве высококачественных аккумуляторных корпусов, отвечающих требованиям современной энергетической среды. Будь то хранилище возобновляемой энергии, электромобили или портативная электроника, наши аккумуляторные корпуса обеспечивают защиту, производительность и точность проектирования, необходимые вашим проектам. Присоединяйтесь к будущему хранения энергии с нашими литий-ионными аккумуляторами и откройте мир возможностей.