چگونه برای ساخت سلول های خورشیدی آلی کارآمد

سلول های خورشیدی آلی، ساخته شده از مواد کربن مبتنی بر، منافع منحصر به فرد در مقایسه با سایر فن آوری های سلول خورشیدی. به عنوان مثال، آنها می توانند از طریق فن آوری های چاپ کم هزینه تولید شوند و می توانند با رنگ های انتخابی نیمه شفاف ساخته شوند که می توانند از طریق معماری در ادغام ساختمان استفاده شوند. انعطاف پذیری آنها و کم بودن وزن آنها را برای تأمین حسگرها برای اینترنت از برنامه های کاربردی همه چیز مناسب می سازد.

یک چالش کلیدی برای توسعه سلولهای آلی خورشیدی این است که آنها معمولا دارای تلفات انرژی زیادی هستند.

"ما برخی از قوانین طراحی منطقی را برای به حداقل رساندن هزینه های انرژی در سلول های آلی خورشیدی فرموله کردیم. با توجه به این قوانین، نمونه هایی از قبیل کمبود انرژی و توانایی تبدیل انرژی بالا را ارائه می دهیم"، فنگ گائو، استاد بخش بخش های بیومولکولار و الکترونیک ارگانیک در دانشگاه Linkoping.

قوانین طراحی، که برخی از ایده هایی که قبلا برگزار شده است را به چالش می کشد، در یک مقاله در مجله Nature Materials منتشر شده است .

با استفاده از این قوانین طراحی، سلول های آلی خورشیدی وعده می کنند که رقبا خود را با توجه به بازده تبدیل تبدیل انرژی به دست بیاورند، که کسری از انرژی را در تابش خورشید که به برق تبدیل می شود اندازه گیری می کند. حد نظری برای کسری از انرژی خورشیدی که می تواند در سلول های خورشیدی به دست آید، حدود 33 درصد است. آزمایشات آزمایشگاهی با سلول های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون در بهترین حالت 25٪ را به دست آورده اند. محققان تا به حال معتقدند که محدودیت برای سلول های خورشیدی آلی کمتر است.

"اما ما اکنون می دانیم که هیچ تفاوتی وجود ندارد - اولل Inganas، استاد بخش الکترونیک بیومولکول و ارگانیک، دانشگاه Linkoping، حد مجاز همان سلول های خورشیدی تولید شده از سیلیکون، perovskites یا پلیمر است.

هنگامی که فوتون های خورشید توسط پلیمر نیمه رسانا در یک سلول خورشیدی جذب می شوند، الکترون ها در مواد اهدا کننده به حالت هیجانی افزایش می یابند و سوراخ ها در حالت زمین تشکیل می شوند که الکترون ها جذب می شوند. برای جدا کردن این الکترونها و سوراخ های محدود، یک ماده پذیرنده اضافه می شود. با این حال، این ماده پذیرنده معمولا باعث خسارات اضافی انرژی می شود، موضوعی که بیش از دو دهه از جامعه سلول خورشیدی آلی خسته شده است.

مقاله در مواد طبیعت ، دو قاعده اساسی را برای به حداقل رساندن زیان های انرژی برای سلول های خورشیدی آلی بسیار کارآمد ارائه می دهد: - مقیاس انرژی بین مولفه های اهدا کننده و گیرنده را کم کنید. - اطمینان حاصل کنید که جزء کم مخزن در مخلوط دارای لامپ نوری بالا است.

محققان هفت موسسه تحقیقاتی در ایالات متحده، چین و اروپا با هم حدود دوازده مواد مختلف تولید کرده اند، برخی از آنها قبلا گزارش شده است و دیگران کاملا جدید هستند. آنها از این ها برای نشان دادن این که نظریه جدید با نتایج تجربی موافق است، استفاده می شود، هرچند که تا حدی با آنچه که پیشتر باور داشت، ناسازگار است.

علاوه بر فنگ گائو، آرتم باکولین از کالج امپریال کالج لندن و ویساسلار کورپسیانو از موسسه فناوری گرجستان نیز نویسندگان متقاضی این مقاله هستند. این تحقیق توسط کمک های مالی از سوئد، اتحادیه اروپا، آمریکا و چین تامین شده است و همچنین در چارچوب ابتکار استراتژیک در مواد پیشرفته کاربردی AFM در دانشگاه لینچوپینگ انجام شده است.

منبع: Seience Daily