Forbedret effektivitet af solceller i helt polymer

Solceller er en vigtig bidragyder til en vedvarende energiforsyning, men solcelleaffald vil hurtigt blive et enormt problem. Nu, i en undersøgelse for nylig offentliggjort i Journal of Materials Chemistry A , forskere fra Nara Institute of Science and Technology (NAIST) har undersøgt videnskaben, der kan hjælpe med at forbedre anvendeligheden af ​​let masseproducerbare, udelukkende polymerbaserede solceller.

På verdensplan kommer omkring en tredjedel af elektriciteten i øjeblikket fra vedvarende kilder. Siliciumbaserede solceller er den største bidragyder, men der er et stigende problem:Hvad skal man gøre med panelerne efter deres 30-årige levetid. En artikel fra maj 2022 i Chemical &Engineering News forklarer problemet:selv når faciliteter genbruger panelernes rammer og dæksler, bliver de mest værdifulde eller endda giftige elementer simpelthen bortskaffet. Med en forventet 80 millioner tons solpanelaffald, der skal være produceret i 2050, er dette et massivt affaldsproblem.

Polymerbaserede solceller er en mulig, mindre spild løsning. Sådanne paneler er tynde og fleksible og er derfor i princippet ret alsidige. Ikke desto mindre har de visse problemer; fx en lavere effektkonverteringseffektivitet end silicium. "Denne effektivitet er væsentligt begrænset af fyldningsfaktorerne:almindeligvis mindre end 60%, selv i avancerede enheder," siger den tilsvarende forfatter Hiroaki Benten fra Nara Institute of Science and Technology. "Videnskaben, der understøtter den begrænsede effektivitet af solceller i en blanding af polymerer, er stadig utilstrækkeligt uudforsket."

Et banebrydende resultat af denne forskning er den høje fyldningsfaktor:70 %, som forblev 60 % selv for polymerfilm, der er flere hundrede nanometer tykke. Konkurrerende polymerteknologi udviser en fyldfaktor på 40 % ved denne tykkelse. Dette skyldes, at bimolekylær rekombination af frie elektroner med frie huller væsentligt hæmmede fyldfaktoren forud for arbejde, men blev undertrykt i den aktuelle undersøgelse.

Hvad undertrykte bimolekylær rekombination i polymerblandingerne? "Der var en betydelig delokalisering af afgifterne i donor- og acceptordomænerne," forklarer Masakazu Nakamura, seniorforfatter. "Passelig aggregering af polymerdonorerne og acceptorerne førte til en væsentligt ordnet lokal struktur af polymeren, som hjalp med at holde adskillelsen af ​​elektronerne fra hullerne."

Selvom forskerne fuldstændigt løser effektivitetsproblemet med solceller i helt polymer, skal de stadig forbedre den 10-årige levetid for de mest avancerede forskningsprototyper. Yderligere forskningsindsatser omfatter optimering af filmmorfologien og endda udvikling af hybride polymer/siliciumsolceller for at optimere energiopsamling og effektivitet. I de kommende år kan solceller se og fungere helt anderledes end – og bedre end – moderne teknologi. + Udforsk yderligere

Belyser, hvordan opløsningsmiddeladditiver forbedrer effektiviteten i polymersolceller