Naukowcy z North Carolina State University i Hong Kong University of Science and Technology odkryli, że agregacja z regulacją temperatury w rodzinie nowych polimerów półprzewodnikowych jest kluczem do tworzenia wysoce wydajnych organicznych ogniw słonecznych. Mogą być one tanio wytwarzane na skalę przemysłową. Ich odkrycia otwierają drogę do eksperymentowania z różnymi mieszaninami chemicznymi, które zawierają aktywne warstwy komórek.
Polimeryczne ogniwa słoneczne są mieszaniną składającą się z polimerowych donorów i fulerenowych akceptorów. Komórka jest tworzona poprzez dodanie do polimeru i fulerenu rozpuszczalnika, aż mieszanina stanie się ciekła, a następnie rozprzestrzenia się cienką warstwę cieczy na powierzchni. Gdy rozpuszczalnik paruje, cienkie warstwy zestalają się i utwardzają w małe, skupione „grudki”, które są ze sobą połączone przez inne nieuporządkowane cząsteczki donorów i tkania akceptora wokół nich.
Fizyk Harald Ade z NC State i doktor Wei Ma już wcześniej studiowali morfologię ogniw słonecznych. Odkryli, że skala wielkości grudek w warstwie donorowej i agregacji oraz interakcje między sąsiadującymi cząsteczkami w warstwach były głównymi czynnikami decydującymi o wydajności ogniw słonecznych.
W artykule opublikowanym w Nature Communications [1] można przeczytać, że skala wielkości grudek i agregacja w tak konstruowanych ogniwach są silnie zależne od temperatury. Z publikacji wynika także, że wyższa sprawność (do 10,8 procent) – w przeciwieństwie do wcześniej opublikowanej 9,8 procent – jest osiągalna z wykorzystaniem licznych fulerenów. Dodatkowo, wynik ten może być osiągnięty w urządzeniach o grubości folii.
„Obserwacja sposobu w jaki temperatura wpływa na agregację i morfologię takich ogniw słonecznych, pozwoliła chemikom na więcej swobody w zastosowaniu różnego składu chemicznego w warstwie aktywnej,” mówi Ade. Zespół Yan wykazał 10 procentową skuteczność 10 odmiennych mieszanin w filmach o różnej grubości. Takie ogniwa słoneczne mogą być zgodne z istniejącymi metodami masowej produkcji, a ich wytwarzanie może być podobne do druku gazet, bez konieczności wykorzystywania kosztownych metod kontroli grubości.
„Mamy nadzieję, że odkrycia te pozwolą innym eksperymentować z różnymi mieszankami fulerenów, zwiększyć wydajność ogniw słonecznych, zmniejszyć koszty produkcji i doprowadzić do powstania wydajnego, alternatywnego źródła pozyskiwania energii.”
- Yuhang Liu, Jingbo Zhao, Zhengke Li, Cheng Mu, Wei Ma, Huawei Hu, Kui Jiang, Haoran Lin, Harald Ade, He Yan.Aggregation and morphology control enables multiple cases of high-efficiency polymer solar cells. Nature Communications, 2014; 5: 5293 DOI: 1038/ncomms6293
- http://www.sciencedaily.com/releases/2014/11/141110110424.htm
Opracowała: Anna Marczewska
Korekta: Maciej Bielak-Wolanin
