Cách chế tạo pin mặt trời hữu cơ hiệu quả

Các pin mặt trời hữu cơ, được làm từ vật liệu gốc carbon, có những ưu điểm độc đáo so với các công nghệ pin mặt trời khác. Ví dụ, chúng có thể được sản xuất thông qua các công nghệ in chi phí thấp và chúng có thể được bán trong suốt với các màu có thể chọn, có thể được sử dụng kiến ​​trúc trong tích hợp xây dựng. Tính linh hoạt và trọng lượng thấp của chúng khiến chúng trở nên hoàn hảo để cấp nguồn cho các cảm biến cho internet của các ứng dụng.

Một thách thức chính đối mặt với sự phát triển của các pin mặt trời hữu cơ là chúng thường có tổn thất năng lượng lớn.

Feng Gao, phó giáo sư tại Khoa Sinh học phân tử và cho biết: “Chúng tôi đã xây dựng một số quy tắc thiết kế hợp lý để giảm thiểu tổn thất năng lượng trong các tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ. Điện tử hữu cơ tại Đại học Linkoping.

Các quy tắc thiết kế, thách thức một số ý tưởng được tổ chức trước đó, đã được công bố trong một bài báo trên tạp chí Nature Materials .

Sử dụng các quy tắc thiết kế này, các pin mặt trời hữu cơ hứa hẹn sẽ bắt kịp các đối thủ cạnh tranh của họ về hiệu suất chuyển đổi năng lượng, đo lường phần năng lượng trong bức xạ mặt trời được chuyển thành điện năng. Giới hạn lý thuyết cho phần năng lượng mặt trời có thể thu được trong các tế bào mặt trời là khoảng 33%. Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm với các tế bào năng lượng mặt trời dựa trên silicon đã đạt được 25% ở mức tốt nhất. Các nhà nghiên cứu cho đến nay tin rằng giới hạn cho pin mặt trời hữu cơ thấp hơn.

Olle Inganas, giáo sư về phân tử sinh học và điện tử hữu cơ, trường đại học Linkoping cho biết: “Nhưng bây giờ chúng ta biết rằng không có sự khác biệt - giới hạn lý thuyết là giống nhau đối với các pin mặt trời được sản xuất từ ​​silicon, perovskit hoặc polyme.

Khi các photon từ mặt trời bị hấp thụ bởi polymer bán dẫn trong một pin mặt trời, các electron trong vật liệu của nhà tài trợ được nâng lên trạng thái kích thích, và các lỗ được hình thành ở trạng thái cơ bản mà các electron vẫn bị thu hút. Để tách các electron và lỗ bị ràng buộc này, một vật liệu chấp nhận được thêm vào. Tuy nhiên, vật liệu chấp nhận này thường dẫn đến tổn thất năng lượng thêm, một vấn đề đã làm phiền cộng đồng pin mặt trời hữu cơ trong hơn hai thập kỷ.

Bài báo trong Tài liệu Thiên nhiên trình bày hai quy tắc cơ bản để giảm thiểu tổn thất năng lượng cho các tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ hiệu quả cao: - Giảm thiểu năng lượng bù đắp giữa các nhà tài trợ và các thành phần chấp nhận. - Đảm bảo rằng thành phần khe hở thấp trong hỗn hợp có độ phát quang cao.

Các nhà nghiên cứu tại 7 viện nghiên cứu ở Mỹ, Trung Quốc và châu Âu đã cùng nhau sản xuất khoảng một tá vật liệu khác nhau, một số đã được báo cáo trước đây và một số khác hoàn toàn mới. Họ đã sử dụng chúng để chứng minh rằng lý thuyết mới đồng ý với kết quả thử nghiệm, mặc dù nó có phần không tương thích với những gì đã được tin trước đây.

Ngoài Feng Gao, Artem A Bakulin từ Imperial College London và Veaceslav Coropceanu từ Viện Công nghệ Georgia cũng là tác giả tương ứng của bài báo. Nghiên cứu được tài trợ bởi các nguồn tài trợ ở Thụy Điển, EU, Mỹ và Trung Quốc, và cũng đã được thực hiện trong khuôn khổ sáng kiến ​​chiến lược trong các tài liệu chức năng tiên tiến, AFM, tại Đại học Linkoping.

NGUỒN: Seience Daily