Högeffektiva organiska solceller bearbetade med gröna lösningsmedel
Dec 03, 2021
Organiska solceller utvecklas snabbt och solceller som produceras i laboratorier har idag en maximal energieffektivitet på över 18 %. Energieffektivitet mäter hur mycket energi i solljus som omvandlas till nyttig energi i solceller. Verkningsgradsgränsen för organiska solceller anses vara cirka 24 %.
En utmaning är att göra organiska solceller som är stabila nog att fungera i tio år eller mer. En annan utmaning är att solceller tillverkade i lösningar som innehåller giftiga lösningsmedel och relativt låga kokpunkter kan få den högsta energin. Den låga kokpunkten kan orsaka problem i tillverkningsprocessen eftersom lösningen avdunstar något för snabbt. Användning av högre kokpunkt, mer miljövänliga lösningsmedel kommer omedelbart att leda till lägre energieffektivitet. Det här är ett problem som forskare över hela världen försöker lösa.
Dessa frågor har nu lösts i ett gemensamt projekt som leds av forskare från Linköpings universitet i Sverige och Suzhou University i Kina.
De har framgångsrikt tillverkat solceller som använder lösningar med hög kokpunkt som inte innehåller några giftiga ingredienser och har en energieffektivitet på mer än 17%. Dessutom visar den gröna lösningsmedelsbehandlade solcellsmodulen med en yta på 36 kvadratcentimeter en effektomvandlingseffektivitet på mer än 14 %. Detta är den högsta effektiviteten för en organisk solcellsmodul med en aktiv yta på mer än 20 cm2 hittills. Dessa två genombrott har stor betydelse för storskaliga kommersiella genombrott inom organisk solcellsteknik.
Zhang Rui, en postdoktor i samarbete med professor Gao Feng från Institutionen för elektronik och fotoniska material vid Linköpings universitet, sa:"Våra forskningsresultat kan nu användas för att tillverka organiska solceller för utomhusbruk i större skala ."
De organiska solcellernas funktioner förbättras gradvis. När solljus i form av fotoner absorberas av den organiska halvledardonatorn, uppstår ett"exciterat tillstånd" är formad. Elektroner hoppar till högre energinivåer och skapar hål vid lägre energinivåer, men de attraheras fortfarande. Elektronerna frigörs inte helt och ingen fotoström genereras. Forskarna genomförde experiment och de lade till olika acceptormaterial som accepterar elektroner, vilket frigjorde dem att generera fotoström.
För några år sedan utvecklade kinesiska forskare en ny typ av acceptormaterial som heter Y6, som kan ge hög effektivitet för organiska solceller.
Arbetet som beskrivs i den gemensamma publikationen har nu genomförts för att hitta en gästmolekyl som heter BTO, som ser till att Y6-molekylerna i solcellen staplas på ett så tätt och stabilt sätt i det gröna lösningsmedlet, vilket kan generera fotoström. effektiv. Att lägga till BTO kan också effektivt tillverka solceller med större yta.
& quot;Vår strategi sätter tydliga designregler för att optimera interaktionen mellan den organiska donatorn och acceptorn i flerkomponentblandningen, och uppfyller nyckelkraven för den framtida utvecklingen av organisk solcellsteknik," sa professor Li Yaowen vid Soochow University.
