Blog

Naukowcy z Hong Kong Polytechnic University (PolyU) osiągnęli przełomową sprawność konwersji energii (PCE) na poziomie 19,31% z organicznymi ogniwami słonecznymi (OSC), znanymi również jako polimerowe ogniwa słoneczne. Ta niezwykła binarna wydajność organicznych ogniw słonecznych pomoże ulepszyć zastosowania tych zaawansowanych urządzeń do pozyskiwania energii słonecznej.

Termin PCE (Power-conversion efficiency), miara mocy generowanej z danego promieniowania słonecznego, jest uważany za istotny punkt odniesienia dla wydajności fotowoltaiki (PV) lub paneli słonecznych w wytwarzaniu energii. Poprawiona sprawność o ponad 19%, którą osiągnęli naukowcy z PolyU, stanowi rekord dla binarnych organicznych ogniw słonecznych, które mają jeden donor i jeden akceptor w warstwie fotoaktywnej.

Kierowany przez profesora LI Ganga, profesora katedry technologii konwersji energii i profesora Sir Sze-Yen Chung Endowed w dziedzinie energii odnawialnej na PolyU, zespół badawczy wynalazł nową technikę regulacji morfologii organicznych ogniw słonecznych przy użyciu 1,3,5-trichlorobenzenu jako regulatora krystalizacji. Ta nowa technika zwiększa wydajność i stabilność organicznych ogniw słonecznych.

Zespół opracował niemonotoniczną strategię manipulacji stanem pośrednim (ISM) w celu manipulowania morfologią organicznych ogniw słonecznych typu bulk-heterojunction (BHJ), która jednocześnie optymalizuje dynamikę krystalizacji i utratę energii niefullerenowych organicznych ogniw słonecznych. W przeciwieństwie do strategii stosowania tradycyjnych dodatków rozpuszczalnikowych, która opiera się na nadmiernej agregacji molekularnej w filmach, strategia manipulacji stanem pośrednim promuje tworzenie bardziej uporządkowanego układania molekularnego i korzystnej agregacji molekularnej. W rezultacie znacznie zwiększono PCE i zmniejszono niepożądane straty rekombinacji niepromienistej. Warto zauważyć, że rekombinacja nieradiacyjna obniża wydajność generowania światła i zwiększa straty ciepła.

Odkrycia zespołu badawczego zostały opisane w badaniu "19.3% Binary Organic Solar Cell and Low Non-Radiative Recombination Enabled by Non-Monotonic Intermediate State Transition" opublikowanym w Nature Communications. Konwersja energii słonecznej na elektryczną jest kluczową technologią dla osiągnięcia zrównoważonego rozwoju. Chociaż organiczne ogniwa słoneczne są obiecującymi urządzeniami, które wykorzystują energię słoneczną w opłacalny sposób, ich wydajność musi zostać poprawiona, jeśli mają być szeroko stosowane w praktycznych zastosowaniach.

Organiczne ogniwa słoneczne oparte na akceptorach niefullerenowych stanowią granicę badań w dziedzinie organicznej fotowoltaiki ze względu na innowacje w zakresie manipulacji materiałami i morfologią. Niemniej jednak, tłumienie strat związanych z rekombinacją niepromienistą i zwiększanie wydajności znajdują się w centrum badań nad ogniwami organicznymi.

Prof. Li powiedział: "Wyzwania w badaniach wynikały z istniejących metod kontroli morfologii wzorców opartych na dodatkach, które narażone są na utratę rekombinacji niepromienistej, obniżając w ten sposób napięcie obwodu otwartego z powodu nadmiernej agregacji". Zespół badawczy potrzebował około dwóch lat, aby opracować niemonotoniczną strategię manipulacji stanem pośrednim w celu zwiększenia wydajności organicznych ogniw słonecznych i obniżenia strat związanych z rekombinacją niepromienistą. Publikacja badania zapowiada ożywienie badań nad organicznymi ogniwami słonecznymi.

Prof. Li powiedział: "Nowe odkrycie sprawi, że badania nad organicznymi ogniwami słonecznymi staną się ekscytującą dziedziną, a to prawdopodobnie stworzy ogromne możliwości w zastosowaniach takich jak przenośna elektronika i fotowoltaika zintegrowana z budynkiem". Nowe drzwi otworzą się, gdy tanie jednozłączowe organiczne ogniwa słoneczne będą mogły osiągnąć PCE na poziomie ponad 20%, wraz z bardziej stabilną wydajnością i innymi unikalnymi zaletami, takimi jak elastyczność, przezroczystość, rozciągliwość, niska waga i regulowany kolor.