Hvorfor polymersolceller fortjener deres plads i solen

I modsætning til traditionelle siliciumsolceller, organiske polymer solceller (PSC'er) må aldrig dække bjergskråningerne på en megawatt solcellegård. Men, disse lette, fleksible celler viser potentiale til at levere solenergi til fjerntliggende mikrowatt-sensorer, bærbar teknologi og de Wi-Fi-forbundne apparater, der udgør "tingenes internet".

PSC'er bruger organiske polymerer til at absorbere lys og omdanne det til elektricitet. Mens PSC'er ikke kan matche holdbarheden eller effektiviteten af ​​uorganiske solceller, potentialet til at masseproducere ugiftige, engangssolpaneler ved hjælp af rulle-til-rulle-produktion gør dem attraktive til yderligere anvendelser. I et papir offentliggjort i denne uge i Journal of Renewable and Sustainable Energy , Paul Berger og Minjae Kim fra Ohio State University gennemgår de seneste fremskridt og resterende udfordringer inden for PSC-teknologi.

Forskning i PSC'er er vokset hurtigt i løbet af de sidste to årtier, genererer et stigende antal publikationer og patenter. Denne nye teknologi, imidlertid, vil næppe erstatte traditionelle uorganiske solceller. I stedet, Berger ser PSC'er som komplementære. De kan omgå højspændingstransmissionsledningerne og levere elektricitet til point-of-use enheder, der ellers ville kræve giftige batterier.

For eksempel, PSC'er kunne forsyne friskhedssensorer på fødevareemballage ved blot at bruge overhead-lysene i dagligvarebutikker. Desuden, de kunne gå ud over lagerstyring, og binde sig til et "smart køkken" for at reducere madspild og automatisere indkøbslister. "PSC'er har denne evne til at være fleksible, fordi de dybest set er plastik, så du kan lægge dem på rygsække, jakker og endda kaffeflødekande – en hel række ting, hvor det er på brugsstedet, " sagde Berger. "Det er en forstyrrende forretningsmodel."

Polymererne kan opløses i opløsningsmidler og printes på en fleksibel bagside ved hjælp af en prisbillig rulle-til-rulle-produktion, gør denne teknologi særligt attraktiv. "Denne trykpresse er ikke ulig den til at trykke din søndagsavis, men i stedet for tre primærfarver og sort, du udskriver de fire eller fem forskellige lag, der er nødvendige for solcellen, dioder og transistorer, " sagde Berger. Lange ruller af solceller åbner også op for nye applikationer, såsom indpakning af køretøjer eller afdækning af bygningsfacader og vinduer. Berger advarer, imidlertid, at visse dyre PSC-råvarer, nemlig indiumtinoxid og fullerener, som har vist sig udfordrende at erstatte, kan begrænse overkommeligheden på kort sigt.

Lang levetid er et andet problem, fordi polymererne og de reaktive metalkatoder oxiderer, når de udsættes for vand og oxygen. "De har en tendens til at nedbrydes ret hurtigt, " sagde Berger, gør det nødvendigt at indkapsle solcellerne til beskyttelse. Denne indkapsling kan være meget effektiv på glas, men er mere udfordrende på fleksible overflader, som kartoffelchipsposer.

I laboratoriet, PSC-effektiviteten når omkring 13 procent, hvilket er langt fra kommercielle solpanelers effektivitet på 20 procent. PSC'er, der bruger P3HT:PCBM-polymerer, introduceret i 2002, er standard "arbejdshest" design og giver omkring 3,5 procent effektivitet. Nylige fremskridt inden for kemi, geometri, og udviklingen af ​​tandemsolceller, der stabler flere lag sammen, har gjort denne større effektivitet mulig.

En håndfuld virksomheder i USA og Europa arbejder på at bringe levedygtige PSC'er på markedet. Hvis det lykkes, så kunne PSC'er etablere deres egen niche bortset fra siliciumsolceller, forsyner alle mulige fjerntliggende enheder.