Созданы органические фотоэлементы с рекордной производительностью | Gearmix
01.12.2018 13:12

Созданы органические фотоэлементы с рекордной производительностью

Источник перевод для gearmix ()

Материаловеды в Университете Эрлангена – Нюрнберга поставили новый рекорд КПД органических фотоэлементов, в которых не используются фуллерены. Проведя несколько сложных оптимизаций, они достигли коэффициента преобразования энергии 12,25 процентов на площади в один квадратный сантиметр. Достижение такой площади было необходимо для начала производства рабочих прототипов.

В последние годы в области органических фотоэлектрических систем (ОФС) был достигнут значительный прогресс. В большинстве случаев, органические солнечные фотоэлементы состоят из двух слоёв полупроводников — один из них служит донором электронов, а другой — акцептором, или проводником электронов. В противоположность кремниевым элементам, которые получают из расплава или осаждением в вакууме, слои полимера в ОФС получаются прямым осаждением из раствора на несущую плёнку. С одной стороны, это означает сравнительно низкие производственные затраты, а с другой стороны эти гибкие модули проще применять, чем кремниевые, в стеснённых городских условиях. Длительное время фуллерены – углеродные наночастицы – считались идеальными акцепторами, однако собственные потери основанных на фуллеренах композитов значительно снижают их эффективность. Таким образом, полученный в Университете Эрлангена – Нюрнберга результат приводит к смене парадигмы в этой области. «Совместно с китайскими коллегами мы создали новую органическую молекулу, которая поглощает свет сильнее, чем фуллерены, и при этом очень долговечна», — говорит профессор Кристофер Брабек, декан факультета материаловедения.

Комплексная стандартизация

Значительные рост эффективности и надёжности означает, что печатаемые гибридные ОФС становятся пригодными для коммерческого использования. Однако, для создания прототипов, пригодных для практического применения, технология должна быть перенесена с лабораторных квадратных миллиметров на стандартную площадку в один квадратный сантиметр. «Масштабирование часто приводит к значительным потерям», — отмечает д-р Нинг Ли, материаловед на кафедре профессора Брабека. В ходе проекта, финансируемого Немецким исследовательским фондом, группа Нинг Ли в Технологическом университете Южного Китая сумели значительно снизить потери, подстраивая параметры поглощения света, уровни энергии и микроструктуру органических полупроводников. Главной целью этой оптимизации была совместимость донора и акцептора и баланс между плотностью тока и напряжением в цепи, что важно для мощности вырабатываемой энергии.

Рекордная подтверждённая производительность

«Лучше всего нашу работу можно описать на примере коробки с деталями конструктора LEGO, — говорит д-р Ли. — Наши коллеги в Китае встраивали и подгоняли отдельные молекулярные группы в структуру полимера, и каждая из этих групп влияет на определённые характеристики, важные для работы солнечных элементов. В итоге получен КПД 12,25 процентов — это рекорд для однопереходных органических фотоэлементов площадью 1 кв.см, в которых акцептор не содержит фуллеренов. Примечательно, что исследователи сумели настолько снизить потери от масштабирования, что самый высокий КПД, полученный в лаборатории на малой площади, почти достиг 13 процентов. В то же время они показали устойчивость работы элементов в отношении температуры и солнечного света.

Следующий шаг — увеличение элементов до размеров модулей, используемых на солнечной электростанции «Solar Factory of the Future» в Нюрнберге, с последующим производством работоспособных прототипов.



ПОХОЖИЕ ЗАПИСИ


© Gearmix 2013
Права на опубликованный перевод принадлежат владельцам вебсайта gearmix.ru
Все графические изображения, использованные при оформлении статьи принадлежат их владельцам. Знак охраны авторского права распространяется только на текст статьи.
Использование материалов сайта без активной индексируемой ссылки на источник запрещено.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *