En ny ikke-fulleren acceptor til indendørs solenergiapplikationer

Organiske fotovoltaiske (OPV) celler, en tredje generations solcelleteknologi, der kan omdanne solenergi til elektricitet, har vist sig at være mere effektive end siliciumceller under lav lysintensitet indendørs LED-belysning. Disse celler har også vist et stort potentiale for lavt forbrug, off-the grid elektronik i indendørs miljøer.

På trods af deres enorme potentiale, OPV-cellers effektkonverteringseffektivitet er i øjeblikket begrænset af betydelige tab i deres åben-kredsløbsspænding. Ud over, tidligere undersøgelser tyder på, at når de bruges til indendørs belysning, er deres absorptionsspektrum langt fra optimalt.

I en søgen efter at overvinde disse begrænsninger, et team af forskere ved det kinesiske videnskabsakademi i Kina og Linköpings universitet i Sverige har for nylig designet en ikke-fulleren-acceptor, der kunne muliggøre højtydende organiske solcelleceller til indendørs anvendelser. Denne nye accepter, præsenteret i et papir udgivet i Naturenergi , kan blandes med en polymerdonor for at opnå et fotoaktivt lag med et absorptionsspektrum, der matcher indendørs lyskilders.

Det aktive lag, der omdanner lysenergi til elektrisk energi i organiske solceller, såsom OPV'er, består af en fin blanding af to molekyler, som omtales som donor og acceptor. Disse molekyler kan i det væsentlige indstilles til at absorbere lystyper med forskellige bølgelængder.

"I dette arbejde, vi præsenterer en donor/acceptor kombination indstillet til at absorbere synligt lys, Jonas Bergqvist, en af ​​de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Donoren og acceptoren er indstillet til også at levere en højspænding på 1,24V under solbelysning."

Bergqvist og hans kolleger kombinerede den acceptor, de udviklede, døbt IO-4Cl, med en polymerdonor kendt som PBDB-TF. Ved at kombinere disse to molekyler, de opnåede et fotoaktivt lag med et absorptionsspektrum, der er på linje med indendørs lyskilder, hvilket gør den ideel til indendørs applikationer.

"Mange højtydende acceptorer til organisk solcelle har haft et lavt båndgab med absorptionsstart på ~800 nm, " sagde Bergqvist. "I dette arbejde, vi har modificeret acceptoren ITIC for at øge båndgabet og på denne måde matche materialeabsorptionen med det indendørs belysningsspektrum (matchende synligt lys 400-700 nm)."

Det brede båndgab observeret i det materiale, som forskerne har udtænkt, resulterer i en højere spænding, muliggør højere energiydelse i indendørs miljøer. Forskerne vurderede ydeevnen af ​​deres acceptor i situationer, hvor den eneste belysning var et LED-lys med lav intensitet, simulerer typiske forhold i en række forskellige indendørs rum, inklusive stuer, biblioteker og indkøbscentre.

I disse tests, acceptoren, de udviklede, muliggjorde en effektkonverteringseffektivitet på op til 26,1 procent, ved hjælp af en 1 cm ² enhed. Da Bergqvist og hans kolleger testede større (dvs. 4 cm ² ) enheder, der drives af deres acceptor, de opnåede en bemærkelsesværdig effektkonverteringseffektivitet på 23,9 procent.

"Digitaliseringen af ​​vores samfund stiger, og tingenes internet og smarte enheder er et stærkt voksende marked, " sagde Bergqvist. "Mange af disse enheder bruger lave mængder strøm, og effektive lysenergi-høstanordninger kan hjælpe med at drive dem. De højtydende OPV'er kombineret med print- og coating-rulle-til-rulle-produktion viser et stort potentiale til at drive tilsluttede smarte ting."

Det store hul, ikke-fulleren acceptor udviklet af Bergqvist og hans kolleger kunne endelig muliggøre højere ydeevne i organiske solceller i indendørs miljøer. Dette kan få vigtige konsekvenser for udviklingen af ​​mere avanceret solcelleteknologi, som ikke er begrænset til udendørs applikationer.

"Vi kan nemt justere absorptionsspektret af disse organiske materialer, så vi kan maksimere effektiviteten til indendørs lyskonvertering, "Feng Gao, en anden forsker involveret i undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Dette er ikke muligt for kommercielle siliciumsolceller. Af denne grund, Jeg tror virkelig på, at organiske solceller er en unik og lovende kandidat til indendørs applikationer, såsom at drive tingenes internet."

I de kommende år, den nye acceptor for OPV-celler udviklet af dette team af forskere kunne bruges til at skabe mere energieffektive enheder. I deres fremtidige arbejde, Bergqvist, Gao og deres kolleger planlægger at fortsætte med at udvikle acceptoren sammen med Jianhou Hou fra det kinesiske videnskabsakademi, undersøger nye måder at forbedre sin ydeevne på.

For eksempel, forøgelse af fotostrømmen kan føre til en yderligere stigning i effektkonverteringseffektiviteten. Beregninger udført af forskerne tyder på, at det teoretisk kunne være muligt at skubbe dens effektkonverteringseffektivitet til over 40 procent.

© 2019 Science X Network