Достигнаха най-високата ефективност на органични PV клетки без фулерен

Учени от университета Фридрих-Александър (FAU) в Ерланген-Нюремберг са постигнали нов рекорд в производителността на органични, не-фулеренови соларни клетки с единични връзки. Използвайки серия от комплексни оптимизации, те са постигнали ефективност на преобразуване на светлината в електричество от 12,25% при повърхностна площ от един квадратен сантиметър. Тази стандартизирана площ е предварителната фаза, предшестваща производството на прототипи. Резултатите, постигнати съвместно с партньори от Технологичния университет в Южен Китай (SCUT), бяха публикувани в Nature Energy.

Органичните фотоволтаични системи претърпяха бързо развитие през последните няколко години. В повечето случаи органичните соларни клетки се състоят от два слоя полупроводници – единият действа като донор чрез доставяне на електроните, а вторият действа като акцептор или електронен проводник. За разлика от конвенционално използвания силиций, който трябва да бъде изтеглен от стопилка или утаен чрез вакуумни системи, полимерните слоеве в тази система могат да се депозират чрез разтвор директно върху филма-носител. От една страна това означава сравнително ниски производствени разходи, а от друга – гъвкавост, която позволява тези модули могат да се използват много по-лесно от силициевите слънчеви клетки.

От дълго време фулерените – наночастици на база въглерод – се считат за идеалните акцептори. Ала присъщите загуби, характерни за композитите на база фулерен, все още силно ограничават потенциалната ефективност на клетките, изработвани по този метод.

Работата на учените от FAU се базира на пълна промяна на парадигмата. „С нашите партньори от Китай ние открихме нова органична молекула, която поглъща повече светлина от фулерените, която е и много трайна”, казва проф. д-р Кристоф Брабек, председател на Факултета по материалознание във FAU.

Значителните подобрения в производителността и дълготрайността означават, че органичните хибридни фотоволтаици, които могат да се отпечатват, вече стават интересни за комерсиална употреба. Въпреки това, за да се разработят практически прототипи, технологията трябва да “порасне” – от лабораторните мостри с размери от няколко квадратни милиметра до “стандартния” размер от един квадратен сантиметър.

“При мaщабирането често възникват значителни загуби”, казва д-р Нинг Ли, специалист по материалoзнание в катедрата на на проф. Брабек. Чрез проект, финансиран от Германската изследователска фондация (DFG), Нинг Ли и колегите му от SCUT в Гуанджуу успели значително да намалят тези загуби. Посредством сложен инженерен процес те успели да регулират абсорбцията на светлина, енергийните нива и микроструктурите на органичните полупроводници. Основната цел на тази оптимизация е съвместимостта на двата слоя – донора и акцептора.

“Мисля, че най-добрият начин да опишем нашата работа, е да си представим кутия Лего”, казва Ли. „Нашите партньори от Китай въведоха и модифицираха молекулни групи в полимерната структура и всяка от тези групи влияе на някоя специална характеристика, която е важна за функционирането на слънчевите клетки”. Това води до ефективност на преобразуване на мощността от 12,25% – нов рекорд този вид соларни клетки. Той е сертифициран и потвърден официално.

Следващата стъпка, за която учените се готвят, е мащабирането на модела преди разработването на практически прототипи.

Коментари

Напиши коментар

E-mail адресът Ви няма да бъде публикуван




*