Isang sistema upang madagdagan ang kahusayan ng mga organikong solar cells

Ang mga organikong solar panel ay mas mura sa paggawa at mas may kakayahang umangkop kaysa sa mga analogue na gawa sa mala-kristal na silikon, ngunit hindi nagbibigay ng parehong antas ng kahusayan at katatagan. Ang isang pangkat ng mga mananaliksik na pinangunahan ni Propesor Christoph Brabeck, direktor ng Institute of Materials for Electronics and Energy Technology (i-MEET) sa Department of Materials Science and Technology FAU, ay nagtatrabaho ng maraming taon upang mapabuti ang mga katangiang ito. Sa panahon ng kanyang disertasyon ng doktor, si Andrei Klasen, na isang batang mananaliksik ng FAU, ay nagpakita na ang kahusayan ay maaaring madagdagan sa pamamagitan ng paggamit ng luminescent acceptor Molekyul. Ngayon ang kanyang gawa ay nai-publish sa isang journal Ang lakas ng kalikasan.

Maaaring magbigay ang araw sa isang malinaw na araw sa latitude ng Europa na enerhiya sa radiation na halos 1000 watts bawat square meter. Ang maginoo na solar cells na gawa sa monocrystalline silikon ay nai-convert hanggang sa ikalimang bahagi ng enerhiya na ito sa kuryente, na nangangahulugang ang kanilang kahusayan ay tungkol sa 20 porsyento. Ang nagtatrabaho grupo ni Propesor Brabeck mula Setyembre 2019 ay nagtataglay ng tala ng mundo para sa kahusayan ng isang organikong photovoltaic module na 12.6%. Ang module na multi-element, na binuo sa Energie Nürnberg (EnCN) campus, ay may sakop na 26 cm². “Kung makakamit natin ang higit sa 20% sa lab, makakamit natin ang 15% sa pagsasanay at maging isang tunay na kumpetisyon para sa mga silicon solar cell,” sabi ni Propesor Brabeck.

Flexible application at mataas na kahusayan ng enerhiya sa panahon ng paggawa

Ang mga pakinabang ng mga organikong solar cell ay halata – ang mga ito ay manipis at may kakayahang umangkop tulad ng palara, at maaaring iakma sa iba’t ibang mga base. Ang haba ng daluyong kung saan hinihigop ang sikat ng araw ay maaaring “ayusin” gamit ang ginamit na macromodules. Ang bintana ng tanggapan, natatakpan ng mga organikong solar cell na sumisipsip ng pula at infrared spectrum, hindi lamang sumasalamin sa thermal radiation ngunit sabay ring gumagawa ng kuryente.

Ang isa sa mga pamantayan na nagiging lalong mahalaga dahil sa pagbabago ng klima ay ang panahon ng pagpapatakbo, at pagkatapos ay ang solar panel ay gumagawa ng mas maraming enerhiya kaysa sa kinakailangan para sa paggawa nito. Ang tinaguriang panahon ng pagbabayad na ito ay lubos na nakasalalay sa ginamit na teknolohiya at sa lokasyon ng photovoltaic (PV) system. Ayon sa pinakabagong kalkulasyon ng Fraunhofer Institute para sa Solar Energy Systems (ISE), ang panahon ng pagbabayad ng mga module ng PV na gawa sa silicon sa Switzerland ay mula 2.5 hanggang 2.8 taon. Gayunpaman, ang oras na ito ay nabawasan sa ilang buwan lamang para sa mga organikong solar panel, ayon kay Dr. Thomas Heumüller, isang kagawaran ng mananaliksik sa Propesor Brabeck.

Nawalan ng pagganap kapag nahati ang singil

Kung ihahambing sa “tradisyunal” na silicon solar cell, ang katumbas na organikong ito ay may isang tiyak na sagabal: ang sikat ng araw ay hindi kaagad lumikha ng singil para sa kasalukuyang daloy, ngunit ang mga tinatawag na exciton, kung saan ang mga positibo at negatibong singil ay naiugnay pa rin. “Ang isang tatanggap na umaakit lamang ng isang negatibong singil ay kinakailangan upang maging sanhi ng paghihiwalay ng singil, na kung saan ay gumagawa ng mga libreng singil na maaaring makabuo ng kuryente,” paliwanag ni Dr. Heumüller.

Kinakailangan ang isang tiyak na puwersa sa pagmamaneho upang paghiwalayin ang mga singil. Ang puwersang ito sa pagmamaneho ay nakasalalay sa istrakturang molekular ng ginamit na mga polymer. Dahil ang ilang mga molekula ng buong buong klase ng materyal na may mataas na lakas ng motibo, mas gusto nila ang pagpili ng mga tatanggap ng electron sa mga organikong solar cell. Samantala, gayunpaman, natagpuan ng mga siyentista na ang mataas na puwersa sa pagmamaneho ay may masamang epekto sa stress. Nangangahulugan ito na ang output ng solar cell ay nabawasan ayon sa pormula na nauugnay sa direktang kasalukuyang – ang lakas ay katumbas ng boltahe na pinarami ng kasalukuyang.

Nais malaman ni Andrei Klassen kung gaano kahaba ang lakas ng pagmamaneho upang makamit lamang ang buong paghihiwalay ng singil sa exciton. Upang magawa ito, inihambing niya ang mga kumbinasyon ng apat na donor at limang tatanggap na polimer na napatunayan na ang kanilang potensyal na magamit sa mga organikong solar cell. Ginamit sila ni Klassen upang makabuo ng 20 solar panels nang eksakto sa parehong mga kondisyon na may lakas na pagmamaneho na halos zero hanggang 0.6 electrovolts.

Pagpapabuti ng pagganap ng ilang mga molekula

Ang mga resulta ng mga sukat ay nagsilbing patunay ng teorya na tinanggap na sa pananaliksik – ang “Boltzmann equilibrium” sa pagitan ng mga exciton at split split, ang tinatawag na charge transfer (CT). “Kung mas malapit ang lakas ng pagmamaneho na umabot sa zero, mas maraming pagbabago ang balanse patungo sa mga exciton,” sabi ni Dr. Larry Luer, na isang espesyalista sa photophysics sa nagtatrabaho na grupo ng Brabeck. Nangangahulugan ito na ang pagsasaliksik sa hinaharap ay dapat na nakatuon sa pag-iwas sa pagkabulok ng exciton, na nangangahulugang pagdaragdag ng “buhay” ng paggulo nito.

Sa ngayon, ang pananaliksik ay nakatuon lamang sa buhay ng serbisyo ng kundisyon sa CT. Ang mga excitons ay maaaring mabulok, naglalabas ng ilaw (luminescence) o init. Sa pamamagitan ng husay na pagbabago ng mga polymer, nagawang bawasan ng mga siyentista ang paggawa ng init sa isang minimum habang pinapanatili ang luminescence hangga’t maaari. “Sa gayon, ang kahusayan ng mga solar cell ay maaaring madagdagan sa pamamagitan ng paggamit ng lubos na luminescent na mga molekulang tatanggap,” hinuhulaan ni Andrei Klassen.

Sanggunian: “Ang papel na ginagampanan ng exciton life para sa pagbuo ng singil sa mga organikong solar cell na may bahagyang paglilipat sa mga antas ng enerhiya” nina Andrei Klasen, Christos L. Hochos, Larry Luer, Vasilis G. Gregoriou, Jonas Wortman, Andres Osvet, Karen Ferberich, Ian McCall Heumüller at Christoph J. Brabeck, Agosto 31, 2020, Ang lakas ng kalikasan.
DOI: 10.1038 / s41560-020-00684-7

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang paglulunsad ng NASA Walnops rocket ay makikita sa East America

Mapa ng visibility ng Kinnet-X. Kredito: NASA A. Mission upang tuklasin ang transportasyon sa kalawakan gamit ang enerhiya a NASA Ang rocket na tunog...

Bakit kaya mahirap magamot ang COVID-19? Isang Komprehensibong Pagsuri sa Alam Namin

Lumalagong Mga Punto ng Katibayan ng Hindi Karaniwang Nakakahawang Profile Isang komprehensibong pagsusuri ng alam namin COVID-19 at kung paano ito gumagana ay nagmumungkahi na...

Nakikita ng NASA ang mga alon sa ibabaw ng dagat [Video]

Ang mga alon sa loob, o mga papasok na alon, ay maaaring umabot ng daan-daang mga paa sa ibaba ng ibabaw ng karagatan, ngunit...

Mga Kamangha-manghang Dinosauro na Naghahanap ng Kadiliman

Muling pagbuo ng Shuvuuia deserti artist. Kredito: Viktor Radermaker Ang maliit na dinosauro na nakatira sa disyerto ng Shuvuuia ay may natatanging paningin at...

Ang “Molecular glue” ay nagdaragdag ng kahusayan at ginagawang mas maaasahan ang pereskite solar cells sa paglipas ng panahon

Ginamit ng mga mananaliksik ang self-assemble na solong-layer na "molekular na pandikit" upang patigasin ang mga interface sa pereskite solar cells upang gawing mas...

Newsletter

Subscribe to stay updated.