Kinijos mokslininkai sukūrė naujo tipo polimerinius saulės elementus, pasižyminčius itin stabiliu energijos konversijos naudingumo koeficientu. Uhano technologijos universiteto tyrėjų sukurti elementai pasiekė 19,1 % efektyvumą.
Tyrime analizuojamos priežastys, dėl kurių polimeriniai akceptoriai pasižymi prastesniu fotocheminiu stabilumu, ir pristatomas metodas, leidžiantis vienu metu padidinti tiek elementų efektyvumą, tiek jų stabilumą. Tam pasitelktas sprendimas – į polimerinę matricą įterpti mažas organines molekules.
Polimerinių saulės elementų privalumai
Tyrėjai pabrėžia, kad polimeriniai saulės elementai turi daug pranašumų: jie yra lengvi, lankstūs, gali būti gaminami iš tirpalų, todėl tinka spausdinimui ar dangų formavimui ant įvairių paviršių. Vis dėlto iki šiol praktinį jų taikymą ribojo nepakankamas darbinis stabilumas ir prastesnės eksploatacinės savybės.
Pasak autorių, išvyniojus polimerų grandines ir paskatinus tvarkingesnį molekulių išsidėstymą, pavyko pasiekti 19,1 % energijos konversijos naudingumo koeficientą ir užtikrinti T97 tarnavimo trukmę, viršijančią 2 000 valandų ore.
Žingsnis link komerciškai perspektyvių organinių fotovoltinių medžiagų
Tyrėjų komanda teigia, kad gauti rezultatai atveria kelią praktiškai pritaikomoms organinėms fotovoltinėms medžiagoms ir naujoms įrenginių architektūroms. Tai priartina polimerinius saulės elementus prie komercializavimo ir jų integravimo į tvarias, paskirstytosios energetikos sistemas.
Sukurti polimeriniai saulės elementai po 2 000 valandų veikimo ore išlaiko 97 % pradinio našumo. Įmaišius mažamolekulinius akceptorius į polimerines matricas, pavyko pagerinti molekulinį „supakavimą“. Dėl to vienu metu sustiprėjo tiek įrenginių stabilumas, tiek krūvininkų pernaša, o gauti lankstūs elementai apibūdinami kaip „itin stabilūs“.
Autoriai taip pat nurodo, kad jiems pavyko atskleisti mechanizmą, paaiškinantį silpną polimerinių akceptorių fotostabilumą.
Energijos konversijos ir darbinio stabilumo didinimas
Mokslininkų teigimu, energijos konversijos naudingumo koeficiento (PCE) ir darbinio stabilumo didinimas yra būtina sąlyga, kad polimeriniai saulės elementai taptų komerciškai patrauklūs.
Tyrime nagrinėtas pažangiausio polimerinio akceptoriaus PMA PY-IT struktūrinis ir morfologinis stabilumas, taikant įvairius ilgalaikio apšvietimo ir terminio relaksavimo matavimus.
Tyrėjai pažymi, kad, be silpnos C–C jungties A-D-A grandyje, būdingos mažamolekuliniams akceptoriams, polimeriniai akceptoriai turi ir papildomą silpną jungtį tarp pasikartojančių vienetų. Dėl to jų fotocheminis stabilumas prastesnis. Vis dėlto į polimerinį akceptorių įtraukus mažamolekulinius akceptorius, galima sumažinti grandinių susipainiojimą ir laisvą tūrį, pagerinti molekulių išsidėstymą bei padidinti tiek fotocheminį, tiek terminį stabilumą.
Efektyvūs krūvininkų pernašos keliai ir sumažintas laisvas tūris aktyviajame sluoksnyje
Tyrėjų teigimu, paprasta strategija leidžia vienu metu sukurti efektyvius krūvininkų pernašos kelius ir sumažinti laisvą tūrį fotoaktyviajame sluoksnyje. Tokie įrenginiai išlaiko 97 % pradinio efektyvumo po 2 000 valandų veikimo ore, o ekstrapoliuota tarnavimo trukmė viršija 100 000 valandų.
Pasak autorių, šis darbas parodo, kaip organinių puslaidininkių molekulinė ir morfologinė sandara lemia įrenginių tarnavimo laiką, ir pateikia praktišką kryptį link lanksčių organinių fotovoltinių elementų komercializavimo.
