Полупрозрачный органический солнечный элемент для использования в окнах

Разработанный американскими учеными элемент с эффективностью 10% предназначен для применения в окнах и обещает эффективность, близкую к 15%. По словам создателей, элемент сохранил 80% своей эффективности после 1 900 часов работы при температуре 55 градусов Цельсия.

Группа исследователей из Мичиганского университета разработала органический солнечный элемент с прозрачностью 40% и эффективностью около 10%.

 Фотоэлектрические окна

Задуманный для применения в фотоэлектрических окнах, нефуллереновый элемент был изготовлен с использованием полимера PCE-10 в качестве основного донора и поглощающего в ближней инфракрасной области (NIR) нефуллеренового акцептора (NFA), известного как BT-CIC, в инверторной конструкции акцептор-донор-акцептор. "Нефуллереновые акцепторы обеспечивают очень высокую эффективность, но содержат слабые связи, которые легко диссоциируют под воздействием фотонов высокой энергии, особенно ультрафиолетовых фотонов, распространенных в солнечном свете", - говорит исследователь Юнси Ли, отмечая, что эти фотоны влияют на долговечность устройства.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Чтобы решить эту проблему, исследовательской группе необходимо было предотвратить попадание ультрафиолетовых фотонов на элемент, и для этого они поместили слой оксида цинка (ZnO) на лицевую сторону устройства. "Слой ZnO (толщиной около 30 нм) был нанесен на подложки методом спинового литья из раствора прекурсора ZnO, а затем термически отожжен при температуре 150 градусов Цельсия в течение 30 минут на воздухе", - пояснили ученые.

Этот слой способен проводить электроны, генерируемые солнечной энергией, к электроду, тем самым снимая проблему ультрафиолетовых фотонов, но в то же время он влияет на производительность самособирающегося монослоя, используемого в устройстве, поэтому в качестве буфера пришлось добавить слой углеродного материала под названием IC-SAM. Кроме того, на границах слоев переноса электронов и дырок был нанесен слой из фуллерена, известного как C70. "Для предотвращения химических и морфологических изменений на органических/неорганических интерфейсах со временем между объемным гетероконтактным и транспортирующим заряд слоями вставляются буферные слои для повышения стабильности контактного интерфейса", - пояснили ученые, отметив, что ячейка также была заключена в "перчаточный ящик", заполненный азотом сверхвысокой чистоты.

Солнечный элемент был протестирован в условиях интенсивности одного солнца с облучением AM1.5 G в течение 1900 часов при температуре 55 °С и потерял только 6% своей эффективности, что показывает, по словам американской группы, что устройство все еще может достичь эффективности 80% в конце срока службы, составляющего 30 лет.

Исследовательская группа считает, что эффективность ячейки может быть повышена до 15% при более высокой степени прозрачности, и что устройство может быть еще более усовершенствовано путем приготовления используемых материалов в виде жидкостей. "Наши результаты показывают, что солнечные элементы на основе NFA имеют потенциал для удовлетворения потребностей рынка в высокой надежности, в дополнение к их высокой эффективности и потенциально низкой стоимости производства", - заключили они.

Полное описание ячейки и метода ее изготовления можно найти в статье Non-fullerene acceptor organic photovoltaics with intrinsic operational lifetime over 30 years, опубликованной в журнале Nature Communications.

Прозрачный органический солнечный элемент был первоначально представлен в 2017 году, когда исследовательская группа заявила, что используемые материалы должны быть приспособлены к ультрафиолетовым и ближним инфракрасным длинам волн, которые перерабатываются в электричество в устройстве. "Высокопрозрачные солнечные элементы представляют собой волну будущего для новых солнечных применений", - сказал в то время исследователь Ричард Лант. "Мы проанализировали их потенциал и показали, что, собирая только невидимый свет, эти устройства могут обеспечить такой же потенциал генерации электроэнергии, как и солнечные батареи на крышах домов, при этом обеспечивая дополнительную функциональность для повышения эффективности зданий, автомобилей и мобильной электроники".

По оценкам группы, до 7 миллиардов квадратных метров стеклянной поверхности в США могут быть покрыты этим материалом, что позволит обеспечить 40% потребности в энергии в США. опубликовано econet.ru по материалам pv-magazine.com

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet