Strømkonverteringseffektiviteten til fleksible solceller er betydelig forbedret!

Nylig gjorde forskere ved Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) ved det kinesiske vitenskapsakademiet forbedringer av materialene som brukes i ternære organiske solceller (TOSC), og oppnådde effektivitetsnivåer som ligner på tradisjonelle solceller. Denne forskningen ble publisert i tidsskriftet "Advanced Materials." Organiske fotovoltaiske solceller (OSC) er en type solceller som konverterer sollys til elektrisitet ved hjelp av organiske materialer, typisk små molekyler eller polymerer, i motsetning til tradisjonelle uorganiske solceller som bruker krystallinsk silisium eller andre uorganiske materialer.

En av hovedfordelene med organiske solceller er deres allsidighet og lette natur. De kan produseres til lavere kostnader ved å bruke løsningsbaserte teknikker som blekkskriving, noe som gir mulighet for fleksible ruller i stedet for stive paneler. Som et resultat finner de applikasjoner innen forskjellige felt som sensorer, bærbare ladere og bærbare elektroniske enheter. OSC-er kan også være semi-transparente eller fargede, noe som gjør dem estetisk tiltalende og egnet for integrering i bygninger, vinduer og andre strukturer.

Sammenlignet med uorganiske solceller har imidlertid organiske solceller lavere effektkonverteringseffektivitet (PCE), noe TOSC har som mål å forbedre. Standard binære organiske solceller består av et donormateriale og et akseptormateriale, men TOSC er annerledes da det inkluderer en tredje komponent kjent som "gjeste"-materialet.

Inkluderingen av denne gjestekomponenten er avgjørende for å forbedre ulike aspekter av solcelleytelsen, for eksempel å endre den interne energistrømmen til cellen og optimalisere hvordan cellen konverterer lys til elektrisitet. Gjestekomponenten er spesielt viktig for å øke PCE, da den kan utvide lysspekteret som solcellen kan absorbere. Ved å velge gjestematerialer som absorberer lys i områder som ikke dekkes av donor- eller akseptormaterialene, kan den generelle lysabsorpsjonskapasiteten til cellen forbedres. Det gjør det også mulig å finjustere morfologien til den blandede filmen, noe som påvirker eksitondissosiasjon, ladningsgenerering og transport.

Gitt at gjestekomponenter kan utføre flere forskjellige aktiviteter, påvirker deres nøyaktige plassering i solcelle-"sandwichen" eller matrisen ytelsen betydelig. Det er tre mulige posisjoner for gjestekomponenten: innebygd i donormaterialet, innebygd i akseptormaterialet, eller spredt i grensesnittet mellom donor og akseptor, og skaper legeringslignende blandede strukturer (aggregater). Men inntil nylig har det vært relativt lite eksperimentell vurdering av gjestekomponentens posisjon.

I sin forskning brukte forskerne en gjestekomponent kalt LA1 i TOSC, som skiller seg fra andre gjestekomponentmaterialer når det gjelder krystallinitet. LA1 er en liten molekylakseptor, og forskerne modifiserte den med en fenylalkylsidekjede, en funksjonell gruppe som vanligvis brukes i organiske materialer for solcelleanlegg.

Modifikasjonen av LA1 til å inkludere fenylalkylsidekjeder økte både krystallinitet og justering samtidig som tilstrekkelig kompatibilitet ble opprettholdt, noe som resulterte i forbedret TOSC-ytelse.

I tillegg kontrollerte forskerne fordelingen av gjestekomponenten ved å endre variabler som påvirker interaksjonen mellom verts- og gjestekomponentene, slik som vert/gjest-kompatibilitet, overflateenergi, krystallinsk kinetikk og intermolekylære interaksjoner. De fant legeringslignende aggregater i de fleste gjestemolekyler, som infiltrerte og diffunderte gjennom hele vertsmatrisen.

Krystallittstørrelsen til disse integrerte verts-/gjeste-"legeringene" kan enkelt justeres for å forbedre ladningsoverføring og undertrykke ladningsrekombinasjon, noe som resulterer i en initial PCE-økning på over 15 %. Deretter, ved å kombinere gjestekomponenten med Y6-seriens akseptorer som hovedkomponent, oppnådde de en enda større effektivitetsøkning på over 19 %.

Forskerne mener at de har oppnådd betydelig eksperimentell suksess, men en bedre forståelse av de underliggende faktorene som driver disse fordelene er nødvendig i fremtiden. De håper å få en dypere innsikt i disse grunnleggende systemene.

Utnytt kraften til innovasjon med våre banebrytende litium-ion batteripakkeskall. Vårt firma spesialiserer seg på å produsere batterikabinetter av høy kvalitet designet for å møte kravene til det moderne energilandskapet. Enten det er for fornybar energilagring, elektriske kjøretøy eller bærbar elektronikk, våre batteriskaller tilbyr beskyttelsen, ytelsen og presisjonsteknikken dine prosjekter trenger. Bli med i fremtiden for energilagring med våre litium-ion batteripakkeskall og lås opp en verden av muligheter.