Et kæmpe spring til kommercialisering af polymer solcelle (PSC)

Forskere fra Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) har demonstreret højtydende polymersolceller (PSC'er) med strømkonverteringseffektivitet (PCE) på 8,92%, hvilket er de højeste værdier, der er rapporteret til dato for plasmoniske PSC'er, der anvender metalnanopartikler (NP'er) .

En polymer solcelle er en type tyndfilm solceller lavet med polymerer, der producerer elektricitet fra sollys ved den fotovoltaiske effekt. De fleste nuværende kommercielle solceller er lavet af et højt oprenset siliciumkrystal. De høje omkostninger ved disse siliciumsolceller og deres komplekse produktionsproces har skabt interesse for at udvikle alternative fotovoltaiske teknologier.

Sammenlignet med siliciumbaserede enheder, PSC'er er lette (hvilket er vigtigt for små autonome sensorer), opløsningsbearbejdelighed (potentielt engangs) billig at fremstille (nogle gange ved hjælp af trykt elektronik), fleksibel, og kan tilpasses på molekylært niveau, og de har lavere potentiale for negativ miljøpåvirkning. Polymer solceller har tiltrukket sig stor interesse på grund af disse mange fordele.

Selvom disse mange fordele, PSC'er lider i øjeblikket af mangel på tilstrækkelig effektivitet til store applikationer og stabilitetsproblemer, men deres løfte om ekstremt billig produktion og i sidste ende høje effektivitetsværdier har ført til, at de er et af de mest populære felter inden for solcelleforskning.

For at maksimere PCE, lysabsorption i det aktive lag skal øges ved anvendelse af tyk bulk heterojunction (BHJ) film. Imidlertid, tykkelsen af ​​det aktive lag er begrænset af de lave bærermobiliteter af BHJ -materialer. Derfor, det er nødvendigt at finde måder at minimere tykkelsen af ​​BHJ-film og samtidig maksimere lysabsorptionsevnen i det aktive lag.

Forskerholdet anvendte overfladeplasmonresonans-effekten (SPR) via multipositionelle silica-coatede sølv-NP'er (Ag@SiO2) for at øge lysabsorptionen. Silicaskallen i Ag@SiO2 bevarer SPR-effekten af ​​Ag NP'erne ved at forhindre oxidation af Ag-kernen under omgivende forhold og eliminerer også bekymringen om exciton-slukning ved at undgå direkte kontakt mellem Ag-kerner og det aktive lag. Den multi-positionelle egenskab refererer til evnen af ​​Ag@SiO2 NP'er til at blive introduceret ved både ITO/PEDOT:PSS (type I) og PEDOT:PSS/aktivt lag (type II) grænseflader i polymer:fulleren-baserede BHJ PSC'er pga. silicaskallerne.

Fordi PSC'er har mange fordele, herunder lave omkostninger, løsningshåndterbarhed, og mekanisk fleksibilitet, PSC'er kan anvendes i forskellige applikationer. Imidlertid, vi bør bryde effektivitetsbarrieren på 10 % for kommercialisering af PSC'er.

Prof. Kim sagde, "Dette er den første rapport, der introducerer metal-NP'er mellem hultransportlaget og det aktive lag for at forbedre enhedens ydeevne. De multipositionelle og opløsnings-bearbejdelige egenskaber af vores overfladeplasmonresonans (SPR) materialer giver mulighed for at bruge flere plasmoniske effekter ved at introducere forskellige metal nanopartikler i forskellige rumlige placeringer til højtydende optoelektronisk enhed via masseproduktionsteknikker."

"Vores arbejde er meningsfuldt med at udvikle nye metal nanopartikler og næsten nå 10% effektivitet ved at bruge disse materialer. Hvis vi konstant fokuserer på at optimere dette arbejde, kommercialisering af PSC'er vil være en erkendelse, men ikke en drøm, " tilføjede Prof. Park.