راندمان تبدیل انرژی سلول های خورشیدی انعطاف پذیر به طور قابل توجهی بهبود یافته است!

اخیراً، محققان مؤسسه بیوانرژی و فناوری فرآیندهای زیستی چینگدائو (QIBEBT) آکادمی علوم چین، بهبودهایی را در مواد مورد استفاده در سلول‌های خورشیدی آلی سه تایی (TOSC) انجام دادند و به سطوح کارایی مشابه سلول‌های خورشیدی سنتی دست یافتند. این تحقیق در مجله "Advanced Materials" منتشر شده است. سلول‌های خورشیدی فتوولتائیک آلی (OSC) نوعی از سلول‌های خورشیدی هستند که نور خورشید را با استفاده از مواد آلی، معمولاً مولکول‌های کوچک یا پلیمرها، به الکتریسیته تبدیل می‌کنند، برخلاف سلول‌های خورشیدی غیرآلی سنتی که از سیلیکون کریستالی یا سایر مواد معدنی استفاده می‌کنند.

یکی از مزیت های اصلی سلول های خورشیدی آلی تطبیق پذیری و سبک بودن آنهاست. آنها را می توان با هزینه کمتر با استفاده از تکنیک های مبتنی بر راه حل مانند چاپ جوهر افشان تولید کرد که به جای صفحات سفت و سخت، رول های انعطاف پذیر را امکان پذیر می کند. در نتیجه، آنها کاربردهایی در زمینه های مختلف مانند حسگرها، شارژرهای قابل حمل و دستگاه های الکترونیکی پوشیدنی پیدا می کنند. OSC ها همچنین می توانند نیمه شفاف یا رنگی باشند که از نظر زیبایی شناسی دلپذیر و مناسب برای ادغام در ساختمان ها، پنجره ها و سایر سازه ها هستند.

با این حال، در مقایسه با سلول‌های خورشیدی غیرآلی، سلول‌های خورشیدی آلی دارای راندمان تبدیل توان کمتری (PCE) هستند که هدف TOSC بهبود آن است. سلول های خورشیدی آلی دوتایی استاندارد از یک ماده دهنده و یک ماده پذیرنده تشکیل شده اند، اما TOSC متفاوت است زیرا شامل جزء سومی است که به عنوان ماده "مهمان" شناخته می شود.

گنجاندن این جزء مهمان برای افزایش جنبه های مختلف عملکرد سلول خورشیدی، مانند تغییر شار انرژی داخلی سلول و بهینه سازی نحوه تبدیل سلول نور به الکتریسیته، بسیار مهم است. جزء مهمان به ویژه برای افزایش PCE مهم است، زیرا می تواند طیف نوری را که سلول خورشیدی می تواند جذب کند، گسترش دهد. با انتخاب مواد مهمان که نور را در مناطقی که تحت پوشش مواد دهنده یا گیرنده نیستند جذب می کنند، ظرفیت کلی جذب نور سلول را می توان بهبود بخشید. همچنین امکان تنظیم دقیق مورفولوژی فیلم مخلوط را فراهم می کند که بر تفکیک اکسایتون، تولید بار و حمل و نقل تأثیر می گذارد.

با توجه به اینکه اجزای مهمان می توانند چندین فعالیت مختلف را انجام دهند، مکان دقیق آنها در "ساندویچ" یا ماتریس سلول خورشیدی به طور قابل توجهی بر عملکرد تأثیر می گذارد. سه موقعیت ممکن برای جزء مهمان وجود دارد: تعبیه شده در ماده اهداکننده، تعبیه شده در ماده پذیرنده، یا پراکنده در سطح مشترک بین دهنده و پذیرنده، ایجاد ساختارهای مخلوط آلیاژ مانند (ساختارها). با این حال، تا همین اواخر، بررسی تجربی نسبتا کمی در مورد موقعیت جزء مهمان وجود داشته است.

دانشمندان در تحقیقات خود از یک جزء مهمان به نام LA1 در TOSC استفاده کردند که از نظر کریستالی با سایر مواد سازنده مهمان تفاوت دارد. LA1 یک گیرنده مولکول کوچک است و محققان آن را با یک زنجیره جانبی فنیل آلکیل، یک گروه عملکردی که معمولا در مواد آلی برای سیستم های فتوولتائیک استفاده می شود، اصلاح کردند.

اصلاح LA1 برای گنجاندن زنجیره‌های جانبی فنیل آلکیل باعث افزایش کریستالی و هم ترازی و حفظ سازگاری کافی شد و در نتیجه عملکرد TOSC را افزایش داد.

علاوه بر این، محققان توزیع مولفه مهمان را با تغییر متغیرهایی که بر تعامل بین اجزای میزبان و مهمان تأثیر می‌گذارند، مانند سازگاری میزبان/مهمان، انرژی سطح، سینتیک کریستالی و برهمکنش‌های بین مولکولی کنترل کردند. آنها توده‌های آلیاژ مانندی را در بیشتر مولکول‌های مهمان پیدا کردند که در کل ماتریس میزبان نفوذ کرده و منتشر می‌شوند.

اندازه کریستال این آلیاژهای میزبان/میهمان یکپارچه را می توان به راحتی تنظیم کرد تا انتقال بار را بهبود بخشد و نوترکیب بار را متوقف کند، که منجر به افزایش اولیه PCE بیش از 15٪ می شود. متعاقباً، با ترکیب مولفه مهمان با پذیرندگان سری Y6 به عنوان جزء اصلی، آنها به افزایش بازدهی بیش از 19٪ دست یافتند.

محققان بر این باورند که موفقیت‌های تجربی قابل توجهی به دست آورده‌اند، اما درک بهتر عوامل زمینه‌ای که این مزایا را ایجاد می‌کنند در آینده مورد نیاز است. آنها امیدوارند که بینش عمیق تری نسبت به این سیستم های اساسی به دست آورند.

قدرت نوآوری را با پوسته های باتری لیتیوم یون پیشرفته ما مهار کنید. شرکت ما در تولید محفظه های باتری با کیفیت بالا که برای پاسخگویی به نیازهای چشم انداز انرژی مدرن طراحی شده اند، تخصص دارد. خواه برای ذخیره انرژی تجدیدپذیر، وسایل نقلیه الکتریکی، یا لوازم الکترونیکی قابل حمل، پوسته باتری ما حفاظت، عملکرد و مهندسی دقیق مورد نیاز پروژه های شما را ارائه می دهد. با بسته باتری لیتیوم یون ما به آینده ذخیره انرژی بپیوندید و دنیایی از امکانات را باز کنید.