Органические фотоэлементы – новые результаты исследований

organicheskie-fotoelementyОстрый рентгеновский взгляд синхротронного источника излучения PETRA III исследовательского центра по физике элементарных частиц DESY дал ученым из Мюнхенского технического университета возможность наблюдать износ пластиковых фотоэлементов. Исследование должно помочь найти решение, как улучшить производство органических фотоэлементов, чтобы повысить их долгосрочную устойчивость.

Команда во главе с профессором Петером Мюллер-Бушбаум представляет свои наблюдения в последнем выпуске журнала «Advanced Energy Materials» (т. 6, вып. 19).

У органических фотоэлементов срок службы короче, чем у кремниевых

В органических фотоэлементах электричество генерируется в активном слое, смешанном из двух материалов на основе углерода. Если один из них полимер, то их называют пластиковыми фотоэлементами. Их производство является экономически эффективным и простым. Это дает возможность создания чрезвычайно легких, гибких и даже полупрозрачных фотоэлементов методом печати на гибких пластиковых материалах, что открывает новые области применения.

Но органические фотоэлементы, как правило, менее эффективны, чем на основе кремния, и у них к тому же более короткий срок службы.

Современные пластиковые фотоэлементы часто производятся с применением спорных добавок

Внутренняя структура активного слоя органических фотоэлементов имеет центральное значение. В производстве эти оба материала активного слоя должны отделиться от общего раствора. «При этом важно, чтобы пластиковые домены образовывались размером в несколько десятков нанометров,» объясняет аспирант и ведущий автор исследования, Кристоф Шаффер. «Только в этом случае в активном слое могут возникнуть и отделиться друг от друга эффективные положительные и отрицательные носители заряда.»

Для создания современных пластиковых фотоэлементов довольно часто используются «полимеры низкого диапазона», которые поглощают много света. Часто в процессе производства им требуется добавление растворителя в целях достижения высокой эффективности. Однако, такая присадка, является спорной, поскольку она может значительно сократить срок службы фотоэлементов.

Источник излучения рентгеновских лучей позволяет увидеть износ

Источник рентгеновского излучения DESY дал возможность ученым ближе изучить износ пластиковых фотоэлементов низкого диапазона при добавлении растворителя. Четко сфокусированный рентгеновский луч позволил им взглянуть на внутреннюю структуру активного слоя. «Полученные данные связаны со структурой и эффективностью фотоэлемента, и их можно отслеживать с течением времени,» пояснил соавтор профессор Штефан Рот.

«Данные показывают, что домены на шкале длин в несколько десятков нанометров значительно уменьшаются во время работы, а их геометрические пределы переходят к другим компонентам,» говорит Шаффер. Одновременно данные измерений свидетельствуют о том, что остаточное содержание присадки снижается. С этими наблюдениями ученые связывают измеренные потери КПД фотоэлемента.

Это исследование основывается на предыдущих научных наблюдениях

Исследователи из Мюнхена уже наблюдали износ другого типа полимерных фотоэлементов в своем предыдущем исследовании. Здесь же выяснилось, что эффективность падает из -за того, что в процессе эксплуатации росли активные центры. Это позволило предположить, что такие фотоэлементы нужно производить с очень тонкой структурой, которая затем вырастет до оптимального размера в первые часы работы.

На этой работе и основывается новое исследование. «В нашем первом исследовании мы смогли увидеть, что эффективность уменьшается из-за огрубления структуры,» говорит Шаффер. «В нынешнем исследовании все происходит с точностью на оборот. Такое поведение полностью соответствует нашим ожиданиям, поскольку состав активного слоя совсем другой. Материалы в первом исследовании имели тенденцию к сильному расслоению. А здесь все как раз наоборот, и вам потребуется добавление растворителя для получения требуемого расслоения материалов, чтобы получить высокую эффективность. Как только в ходе эксплуатации присадка исчезает, структура снова становится тоньше и тем самым удаляется от своего оптимума».

Важные подходы к оптимизации производства органических фотоэлементов

Оба исследования являются важными отправными точками для целенаправленной оптимизации производства органических фотоэлементов. «Взаимодействие двух исследований является очень хорошим примером того, как проведение измерений с использованием синхротронного излучения на атомном уровне может предоставить важную информацию для исследований как раз в прикладных областях, таких как возобновляемые источники энергии,» говорит Рот.

 

Источник: http://www.solarserver.de/solar-magazin/nachrichten/aktuelles/2016/kw42/organische-photovoltaik-roentgenblick-erklaert-verschleiss-von-plastik-solarzellen.html

Контакты

ул.Космонавтов 81/6, г.Николаев, Украина
+38 (067) 512 33 83
nfo@sunnik.com.ua
sunnik
sunnik