Wie man leistungsfähige organische Solarzellen errichtet

Die organischen Solarzellen, gemacht von den Kohlenstoff-ansässigen Materialien, stellen die einzigartigen Vorteile dar, die mit anderen Solarzellentechnologien verglichen werden. Zum Beispiel können sie durch preiswerte Drucktechnologien hergestellt sein, und sie können halb-transparent gemacht werden mit auswählbaren Farben, die in der Gebäudeintegration Architektur- verwendet werden können. Ihre Flexibilität und geringes Gewicht machen sie perfekt für das Antreiben der Sensoren für das Internet von Sachenanwendungen.

Eine Schlüsselherausforderung, welche die Entwicklung von organischen Solarzellen gegenüberstellt, ist, dass sie normalerweise große Energieverluste haben.

„Wir haben einige rationale Entwurfsregeln formuliert, um Energieverluste in den organischen Solarzellen herabzusetzen. Nach diesen Regeln stellen wir eine Strecke der Beispiele mit niedrigen Energieverlusten dar und efficencies Umwandlung der hohen Leistung,“ sagt Feng Gao, außerordentlicher Professor an der Abteilung der biomolekularen und organischen Elektronik an Linkoping-Universität.

Die Entwurfsregeln, die einige vorher gehaltene Ideen anfechten, sind in einem Artikel in der Zeitschrift Nature Materials veröffentlicht worden.

Unter Verwendung dieser Entwurfsregeln versprechen organische Solarzellen, ihre Konkurrenten in Bezug auf Energieaufbereitungs-Leistungsfähigkeit einzuholen, die den Bruch der Energie in der Sonnenstrahlung misst, die in Strom umgewandelt wird. Die theoretische Grenze für den Bruch der Energie der Sonne, die in den Solarzellen erhalten werden kann, ist herum 33%. Laborexperimente mit Silikon-ansässigen Solarzellen haben 25% bestenfalls erzielt. Forscher haben bis jetzt geglaubt, dass die Grenze für organische Solarzellen niedriger ist.

„Aber wir wissen jetzt, dass es keinen Unterschied gibt -- die theoretische Grenze ist die selbe für die Solarzellen, die vom Silikon hergestellt werden, Perowskit oder Polymere,“ sagt Olle Inganas, Professor der biomolekularen und organischen Elektronik, Linkoping-Universität.

Wenn Photonen von der Sonne durch das Halbleiterpolymer in einer Solarzelle absorbiert werden, werden Elektronen im Spendermaterial zu einem angeregten Zustand angehoben, und Löcher werden im Grundzustand gebildet, zu dem die Elektronen angezogen bleiben. Um diese gebunden Elektronen und Löcher zu trennen, wird ein Akzeptantmaterial addiert. Jedoch ergibt dieses Akzeptantmaterial normalerweise Extraenergieverluste, eine Frage, die die organische Solarzellengemeinschaft für über zwei Jahrzehnte gestört hat.

Der Artikel in Nature Materials stellt zwei grundlegende Regeln dar, um Energieverluste für in hohem Grade leistungsfähige organische Solarzellen herabzusetzen: -- Setzen Sie die Energie herab, die zwischen Spender und Akzeptantkomponenten ausgeglichen wird. -- Überprüfen Sie, ob die NiedrigGap-Komponente in der Mischung eine hohe Photolumineszenz hat.

Die Forscher an den sieben Forschungsinstituten in den US, im Porzellan und im Europa haben zusammen um Dutzend verschiedene Materialien produziert, von denen einige vorher berichtet worden sind und andere vollständig neu sind. Sie haben diese verwendet, um zu zeigen, dass die neue Theorie mit Versuchsergebnissen übereinstimmt, obwohl sie ein wenig unvereinbar ist mit, was vorher geglaubt wurde.

Zusätzlich zu Feng Gao, sind Artem ein Bakulin vom Imperial College London und Veaceslav Coropceanu von der Georgia-Fachhochschule auch entsprechende Autoren des Artikels. Die Forschung ist durch Bewilligungen von den Quellen in Schweden, in der EU, in den US und in China finanziert worden und ist auch im Rahmen der strategischen Initiative in modernen Funktionsmaterialien, AFM, an Linkoping-Universität durchgeführt worden.

 QUELLE: Seience täglich