De energieomzettingsefficiëntie van flexibele zonnecellen is aanzienlijk verbeterd!

Onlangs hebben onderzoekers van het Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) van de Chinese Academie van Wetenschappen verbeteringen aangebracht aan de materialen die worden gebruikt in ternaire organische zonnecellen (TOSC), waardoor efficiëntieniveaus werden bereikt die vergelijkbaar zijn met die van traditionele zonnecellen. Dit onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift "Advanced Materials." Organische fotovoltaïsche zonnecellen (OSC) zijn een type zonnecel die zonlicht omzet in elektriciteit met behulp van organische materialen, meestal kleine moleculen of polymeren, in tegenstelling tot traditionele anorganische zonnecellen die kristallijn silicium of andere anorganische materialen gebruiken.

Een van de belangrijkste voordelen van organische zonnecellen is hun veelzijdigheid en lichtgewicht karakter. Ze kunnen tegen lagere kosten worden geproduceerd met behulp van oplossingsgerichte technieken zoals inkjetprinten, waardoor flexibele rollen in plaats van stijve panelen mogelijk zijn. Als gevolg hiervan vinden ze toepassingen op verschillende gebieden, zoals sensoren, draagbare opladers en draagbare elektronische apparaten. OSC's kunnen ook semi-transparant of gekleurd zijn, waardoor ze esthetisch aantrekkelijk zijn en geschikt zijn voor integratie in gebouwen, ramen en andere constructies.

In vergelijking met anorganische zonnecellen hebben organische zonnecellen echter een lagere energieconversie-efficiëntie (PCE), die TOSC wil verbeteren. Standaard binaire organische zonnecellen bestaan ​​uit een donormateriaal en een acceptormateriaal, maar TOSC is anders omdat het een derde component bevat die bekend staat als het "gast" -materiaal.

De opname van deze gastcomponent is cruciaal voor het verbeteren van verschillende aspecten van de prestaties van zonnecellen, zoals het veranderen van de interne energiestroom van de cel en het optimaliseren van de manier waarop de cel licht omzet in elektriciteit. De gastcomponent is vooral belangrijk voor het verhogen van de PCE, omdat deze het spectrum van licht dat de zonnecel kan absorberen kan verbreden. Door gastmaterialen te selecteren die licht absorberen in gebieden die niet worden bedekt door de donor- of acceptormaterialen, kan het algehele lichtabsorptievermogen van de cel worden verbeterd. Het maakt ook het verfijnen van de morfologie van de gemengde film mogelijk, wat de dissociatie van excitonen, het genereren van lading en het transport beïnvloedt.

Aangezien gastcomponenten meerdere verschillende activiteiten kunnen uitvoeren, heeft hun precieze locatie binnen de "sandwich" of matrix van de zonnecel een aanzienlijke invloed op de prestaties. Er zijn drie mogelijke posities voor de gastcomponent: ingebed in het donormateriaal, ingebed in het acceptormateriaal, of verspreid op het grensvlak tussen de donor en de acceptor, waardoor legeringachtige gemengde structuren (aggregaten) ontstaan. Tot voor kort was er echter relatief weinig experimentele aandacht voor de positie van de gastcomponent.

In hun onderzoek gebruikten de wetenschappers een gastcomponent genaamd LA1 in TOSC, die qua kristalliniteit verschilt van andere gastcomponentmaterialen. LA1 is een kleine molecuulacceptor en de onderzoekers hebben deze aangepast met een fenylalkylzijketen, een functionele groep die vaak wordt gebruikt in organische materialen voor fotovoltaïsche systemen.

De modificatie van LA1 om fenylalkylzijketens op te nemen verhoogde zowel de kristalliniteit als de uitlijning terwijl voldoende compatibiliteit behouden bleef, wat resulteerde in verbeterde TOSC-prestaties.

Bovendien controleerden de onderzoekers de verdeling van de gastcomponent door variabelen te veranderen die de interactie tussen de gastheer- en gastcomponenten beïnvloeden, zoals gastheer/gast-compatibiliteit, oppervlakte-energie, kristallijne kinetiek en intermoleculaire interacties. Ze vonden legeringsachtige aggregaten in de meeste gastmoleculen, die door de hele gastheermatrix infiltreerden en diffundeerden.

De kristallietgrootte van deze geïntegreerde gastheer/gast-"legeringen" zou gemakkelijk kunnen worden afgestemd om de ladingsoverdracht te verbeteren en ladingsrecombinatie te onderdrukken, wat resulteert in een initiële PCE-toename van meer dan 15%. Door vervolgens de gastcomponent te combineren met acceptoren uit de Y6-serie als hoofdcomponent, bereikten ze een nog grotere efficiëntieverbetering van ruim 19%.

De onderzoekers zijn van mening dat ze aanzienlijk experimenteel succes hebben geboekt, maar in de toekomst is een beter begrip nodig van de onderliggende factoren die deze voordelen aansturen. Ze hopen een dieper inzicht te krijgen in deze fundamentele systemen.

Benut de kracht van innovatie met onze geavanceerde lithium-ionbatterijbehuizingen. Ons bedrijf is gespecialiseerd in het produceren van hoogwaardige batterijbehuizingen die zijn ontworpen om te voldoen aan de eisen van het moderne energielandschap. Of het nu gaat om de opslag van hernieuwbare energie, elektrische voertuigen of draagbare elektronica, onze batterijbehuizingen bieden de bescherming, prestaties en precisietechniek die uw projecten nodig hebben. Sluit u aan bij de toekomst van energieopslag met onze lithium-ionbatterijpakketten en ontgrendel een wereld aan mogelijkheden.