Joustavien aurinkokennojen tehon muuntotehokkuus on parantunut merkittävästi!

Äskettäin Kiinan tiedeakatemian Qingdaon bioenergia- ja bioprosessiteknologian instituutin (QIBEBT) tutkijat tekivät parannuksia kolmikomponenttisissa orgaanisissa aurinkokennoissa (TOSC) käytettyihin materiaaleihin, mikä saavutti perinteisten aurinkokennojen kaltaiset tehokkuustasot. Tämä tutkimus julkaistiin Advanced Materials -lehdessä. Orgaaniset aurinkokennot (OSC) ovat eräänlainen aurinkokenno, joka muuntaa auringonvalon sähköksi käyttämällä orgaanisia materiaaleja, tyypillisesti pieniä molekyylejä tai polymeerejä, toisin kuin perinteiset epäorgaaniset aurinkokennot, joissa käytetään kiteistä piitä tai muita epäorgaanisia materiaaleja.

Yksi orgaanisten aurinkokennojen tärkeimmistä eduista on niiden monipuolisuus ja kevyt luonne. Niitä voidaan valmistaa pienemmillä kustannuksilla käyttämällä ratkaisupohjaisia ​​tekniikoita, kuten mustesuihkutulostusta, mikä mahdollistaa joustavien rullien jäykkien paneelien sijaan. Tämän seurauksena he löytävät sovelluksia eri aloilla, kuten antureissa, kannettavissa latureissa ja puettavissa elektronisissa laitteissa. OSC:t voivat olla myös puoliksi läpinäkyviä tai värillisiä, mikä tekee niistä esteettisesti miellyttäviä ja sopivia integroitaviksi rakennuksiin, ikkunoihin ja muihin rakenteisiin.

Epäorgaanisiin aurinkokennoihin verrattuna orgaanisten aurinkokennojen tehonmuunnostehokkuus (PCE) on kuitenkin pienempi, jota TOSC pyrkii parantamaan. Tavalliset binaariset orgaaniset aurinkokennot koostuvat luovuttajamateriaalista ja vastaanottajamateriaalista, mutta TOSC on erilainen, koska se sisältää kolmannen komponentin, joka tunnetaan "vierasmateriaalina".

Tämän vieraskomponentin sisällyttäminen on ratkaisevan tärkeää aurinkokennojen suorituskyvyn eri näkökohtien parantamiseksi, kuten kennon sisäisen energiavirran muuttamisessa ja sen optimoinnissa, kuinka kenno muuntaa valon sähköksi. Vieraskomponentti on erityisen tärkeä PCE:n lisäämisen kannalta, koska se voi laajentaa aurinkokennolle absorboiman valon spektriä. Valitsemalla vierasmateriaaleja, jotka absorboivat valoa alueilla, joita luovuttaja- tai vastaanottajamateriaalit eivät kata, voidaan parantaa solun yleistä valon absorptiokykyä. Se mahdollistaa myös sekakalvon morfologian hienosäädön, mikä vaikuttaa eksitonidissosiaatioon, varauksen muodostukseen ja kuljetukseen.

Koska vieraskomponentit voivat suorittaa useita erilaisia ​​toimintoja, niiden tarkka sijainti aurinkokennon "sandwichissa" tai matriisissa vaikuttaa merkittävästi suorituskykyyn. Vieraskomponentilla on kolme mahdollista paikkaa: upotettu luovuttajamateriaaliin, upotettu akseptorimateriaaliin tai hajallaan luovuttajan ja vastaanottajan väliseen rajapintaan, jolloin syntyy seosmaisia ​​sekarakenteita (aggregaatteja). Viime aikoihin asti on kuitenkin ollut suhteellisen vähän kokeellista pohdintaa vieraskomponentin asemasta.

Tutkijat käyttivät tutkimuksessaan TOSC:ssä LA1-nimistä vieraskomponenttia, joka eroaa muista vieraskomponenttimateriaaleista kiteisyyden suhteen. LA1 on pienimolekyylinen akseptori, ja tutkijat modifioivat sitä fenyylialkyylisivuketjulla, funktionaalisella ryhmällä, jota käytetään yleisesti orgaanisissa materiaaleissa aurinkosähköjärjestelmissä.

LA1:n muuntaminen sisältämään fenyylialkyylisivuketjuja lisäsi sekä kiteisyyttä että kohdistusta säilyttäen samalla riittävän yhteensopivuuden, mikä johti parantuneeseen TOSC-suorituskykyyn.

Lisäksi tutkijat kontrolloivat vieraskomponentin jakautumista muuttamalla muuttujia, jotka vaikuttavat isäntä- ja vieraskomponenttien väliseen vuorovaikutukseen, kuten isäntä/vieras-yhteensopivuus, pintaenergia, kidekinetiikka ja molekyylien väliset vuorovaikutukset. He löysivät metalliseoksen kaltaisia ​​aggregaatteja useimmista vierasmolekyyleistä, jotka tunkeutuivat ja leviävät koko isäntämatriisiin.

Näiden integroitujen isäntä/vieras-"seosten" kristalliittikokoa voitiin helposti virittää parantamaan varauksen siirtoa ja tukahduttamaan varausten rekombinaatiota, mikä johti yli 15 %:n alkuperäiseen PCE-lisäykseen. Myöhemmin yhdistämällä vieraskomponentti Y6-sarjan hyväksyjiin pääkomponenttina, ne saavuttivat vieläkin suuremman tehokkuuden, yli 19 %.

Tutkijat uskovat saavuttaneensa merkittävää kokeellista menestystä, mutta tulevaisuudessa tarvitaan parempaa ymmärrystä näiden etujen taustalla olevista tekijöistä. He toivovat saavansa syvemmän käsityksen näistä perusjärjestelmistä.

Hyödynnä innovaatioiden voima huippuluokan litiumioniakkukuorillamme. Yrityksemme on erikoistunut valmistamaan korkealaatuisia akkukoteloita, jotka on suunniteltu vastaamaan nykyaikaisen energiamaailman vaatimuksia. Olipa kyse uusiutuvan energian varastoinnista, sähköajoneuvoista tai kannettavasta elektroniikasta, akkukuoremme tarjoavat projektisi tarvitseman suojan, suorituskyvyn ja tarkkuuden. Liity energian varastoinnin tulevaisuuteen litiumioniakkukuorillamme ja avaa mahdollisuuksien maailma.