Solceller med klæbefilm kan føre til fremskridt inden for vedvarende energi

(PhysOrg.com) - Et videnskabeligt fremskridt inden for vedvarende energi, som lover en revolution i letheden og omkostningerne ved at bruge solceller, er blevet offentliggjort i dag. En ny undersøgelse viser, at selv når man bruger meget enkle og billige fremstillingsmetoder - hvor fleksible lag af materiale afsættes over store områder som husholdningsfilm - kan der laves effektive solcellestrukturer.

Studiet, offentliggjort i tidsskriftet Avancerede energimaterialer , baner vejen for nye solcellefremstillingsteknikker og løftet om udvikling inden for vedvarende solenergi. Forskere fra universiteterne i Sheffield og Cambridge brugte ISIS Neutron Source og Diamond Light Source på STFC Rutherford Appleton Laboratory i Oxfordshire til at udføre forskningen.

Plast (polymer) solceller er meget billigere at producere end konventionelle silicium solceller og har potentiale til at blive produceret i store mængder. Undersøgelsen viste, at når komplekse blandinger af molekyler i opløsning spredes på en overflade, som at lakere en bordplade, de forskellige molekyler adskilles til toppen og bunden af ​​laget på en måde, der maksimerer effektiviteten af ​​den resulterende solcelle.

Dr Andrew Parnell fra University of Sheffield sagde, "Vores resultater giver vigtig indsigt i, hvordan ultrabillige solenergipaneler til husholdnings- og industribrug kan fremstilles i stor skala. I stedet for at bruge komplekse og dyre fremstillingsmetoder til at skabe en specifik halvleder-nanostruktur, højvolumenudskrivning kunne bruges til at fremstille nanoskala (60 nanometer) film af solceller, der er over tusind gange tyndere end bredden af ​​et menneskehår. Disse film kan derefter bruges til at gøre omkostningseffektive, lette og let transportable plastik solcelle enheder såsom solpaneler."

Dr. Robert Dalgliesh, en af ​​ISIS-forskerne involveret i arbejdet, sagde, "Dette arbejde illustrerer tydeligt vigtigheden af ​​den kombinerede brug af neutron- og røntgenspredningskilder som ISIS og Diamond til at løse moderne udfordringer for samfundet. Brug af neutronstråler ved ISIS og Diamonds lyse røntgenstråler, vi var i stand til at sondere den indre struktur og egenskaber af solcellematerialerne ikke-destruktivt. Ved at studere lagene i de materialer, der omdanner sollys til elektricitet, vi lærer, hvordan forskellige behandlingstrin ændrer den overordnede effektivitet og påvirker den samlede polymersolcelleydelse."

"I løbet af de næste halvtreds år bliver samfundet nødt til at levere verdensbefolkningens voksende energibehov uden at bruge fossile brændstoffer, og den eneste vedvarende energikilde, der kan gøre dette, er Solen", sagde professor Richard Jones fra University of Sheffield. "På et par timer falder der nok energi fra sollys på Jorden til at tilfredsstille Jordens energibehov i et helt år, men vi skal være i stand til at udnytte dette i meget større skala, end vi kan gøre nu. Billige og effektive polymersolceller, der kan dække enorme områder, kan hjælpe os ind i en ny tidsalder med vedvarende energi."

Solceller

Fotovoltaik er halvlederenheder, der bruges til at generere lavpris vedvarende energi - oftest som solpaneler. Når sollys rammer en solcelle, det absorberes, og dets energi omdannes til en elektrisk strøm. De fleste fotovoltaiske enheder er lavet med silicium; imidlertid, apparater kan også være lavet af plastik (organiske solcelleanlæg).

Plastfilm kan deponeres fra opløsning til lave omkostninger, rulle til rulle printteknikker, hvilket resulterer i betydelige samlede besparelser i energi og omkostninger. Det er her, filmen lægges på en rulle og gennemgår en række processer, der ligner den måde, aviser trykkes på og tages af en rulle til sidst. Der er i øjeblikket produkter, der bruger denne type teknologi. For at øge forbruget yderligere, imidlertid, teknologien skal være mere effektiv. Polymer solceller er i øjeblikket 7-8 % effektive. Det næste skridt er at udvikle celler, der er 10 % effektive eller mere for kommerciel levedygtighed.

Materialerne, der bruges i den forskning, som samarbejdet udfører, kaldes PCDTBT (poly [N-9′-heptadecanyl-2, 7-carbazol-alt-5, 5-(4′, 7'-di-2-thienyl-2', 1′, 3'-benzothiadiazol):PCBM ([6, 6]-phenyl-C61-smørsyremethylester), et materiale baseret på Nobelprisvindende (Kemi 1996) arbejde af professor Richard Smalley og professor Harry Kroto (blandt andre) om C60 Buckminsterfulleren eller buckyball-formen af ​​kulstof. Lyse røntgenstråler ved hjælp af instrumenter ved Diamond Light Source blev brugt til at studere materialets krystallinitet; neutroner ved ISIS blev brugt til at undersøge materialets sammensætningsprofil.