Опалення та водопостачання Прорив у створенні органічних сонячних елементів із ККД 17% забезпечить чисте великомасштабне виробництво.
Випуск органічних фотоелементів можливо комерціалізувати
Спільна група китайських та шведських вчених показала рекордну ефективність органічних фотоелементів на рівні 17 % за рахунок додавання молекули-акцептора, що дозволяє налагодити їх комерційний випуск з використанням екологічно чистих розчинників.
Органічні сонячні елементи стрімко розвиваються і їхня максимальна енергоефективність, що досягається в лабораторії, сьогодні перевищує 18%. Цей показник показує, яка частина енергії сонячного світла перетворюється фотоелементами на корисну енергію.
Вважається, що з органічних сонячних елементів межа ККД становить близько 24%. Одна з проблем для їхнього масового впровадження — недостатня стабільність (нездатність надійно працювати понад 10 років). Інша проблема полягає в тому, що найбільше вироблення енергії досягається в елементах, виготовлених у розчинах з токсичними розчинниками відносно низькою температурою кипіння.
Низька температура кипіння робить масштабне виробництво неможливим, оскільки розчин випаровується дуже швидко. У той же час, використання більш екологічних розчинників з більш високими температурами кипіння призводить до зниження енергоефективності. Це дилема, над розв’язанням якої працюють дослідники у всьому світі.
Відповідь знайдено у спільному проекті, очолюваному дослідниками з Університету Лінчепінгу у Швеції та Університету Сучжоу у Китаї. Їм вдалося виготовити сонячний елемент, використовуючи розчин із високою температурою кипіння та без будь-яких токсичних інгредієнтів. Його енергоефективність вище 17 %.
” Це важливий крок на шляху до великомасштабного промислового виробництва ефективних та стабільних органічних сонячних елементів “, – говорить Фен Гао, професор кафедри фізики, хімії та біології (IFM) Університету Лінчепінга.
Зроблений на основі нової розробки сонячний модуль площею 36 см² показує ефективність перетворення енергії понад 14%. На сьогоднішній день це найвищий ККД для модулів із органічних фотоелементів з активною площею понад 20 см². Обидва ці досягнення важливі для технології органічних сонячних батарей, оскільки вони уможливлюють комерційний прорив.
” Наші результати відкривають дорогу для виробництва органічних сонячних елементів у великих масштабах для використання поза приміщеннями “, – говорить постдок Руй Чжан з відділу електронних та фотонних матеріалів Університету Лінчепінга.
Характеристики нових фотоелементів покращувалися поступово. Сонячне світло (фотони) поглинається органічним напівпровідниковим донором, утворюється «збуджений стан». Електрони зсуваються на більш високий енергетичний рівень і створюють дірки на нижчому рівні, до яких вони все ще притягуються. Електрони повністю не звільняються, і фотострум не виникає. Дослідники провели експерименти, в яких додали різні акцепторні матеріали, які приймають електрони і таким чином дозволяють їм звільнитися, викликаючи фотострум.
Раніше китайські дослідники розробили новий акцепторний матеріал під назвою Y6, що забезпечує високий ККД елементів. Під час останньої роботи було знайдено «молекула-гість», відому як BTO, яка відповідає за щільне та стабільне розташування Y6 у сонячному елементі, забезпечуючи постійну генерацію фотоструму. Додавання BTO також дає змогу виробляти сонячні елементи більшої площі з високою ефективністю.
” Наша стратегія веде до чітких правил проектування для оптимізації взаємодії між органічними донорами та акцепторами в багатокомпонентних сумішах, що відповідають критичним вимогам для майбутнього розвитку органічних фотоелектричних технологій “, – каже професор Яовен Лі з Університету Сучжоу.
В області сонячної енергетики з’являється багато перспективних технологій і матеріалів, але кристалічні кремнієві фотоелементи домінують з 95 відсотками всіх установок. Вони використовують дорогоцінне срібло як провідника, але австралійська компанія SunDrive розробила альтернативу, у якій замість нього застосовується більш екологічна мідь.