Kinijos mokslininkai sukūrė naujo tipo polimerinius saulės elementus, pasižyminčius itin stabiliu energijos konversijos naudingumo koeficientu.
Uhano technologijos universiteto tyrėjų sukurti saulės elementai pasiekė 19,1 % efektyvumą.
Moksliniame darbe nagrinėjamos prastesnio polimerinių akceptorių fotocheminio stabilumo priežastys ir pristatomas metodas, kaip, įterpiant mažas organines molekules, vienu metu padidinti ir elementų efektyvumą, ir jų stabilumą.
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 jų praktinį taikymą ribojo nepakankamas darbinis stabilumas ir prastesnės eksploatacinės savybės.
Pasak mokslininkų, išvyniojus polimerų grandines ir paskatinus tvarkingesnį molekulių išsidėstymą, pavyko pasiekti 19,1 % energijos konversijos naudingumo koeficientą bei 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 pritaikymo tvariose, paskirstytosios energetikos sistemose.
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 ir įrenginių stabilumas, ir krūvininkų pernaša, o rezultatas – itin stabilūs, lankstūs elementai.
Autoriai taip pat nurodo atskleidę mechanizmą, paaiškinantį, kodėl polimerinių akceptorių fotostabilumas iki šiol buvo silpnas.
Energijos konversijos ir darbinio stabilumo didinimas
Mokslininkų teigimu, energijos konversijos naudingumo koeficiento (PCE) ir darbinio stabilumo didinimas yra būtina sąlyga, kad polimeriniai saulės elementai (PSC) taptų komerciškai patrauklūs.
Tyrime analizuojamas pažangiausio polimerinio akceptoriaus PMA PY-IT struktūrinis ir morfologinis stabilumas, pasitelkiant įvairius ilgalaikio apšvietimo (angl. light soaking) ir terminio relaksavimo matavimus.
Pasak tyrėjų, polimeriniai akceptoriai, be silpnos C–C jungties A–D–A grandyje, būdingos mažamolekuliniams akceptoriams (SMA), turi ir papildomą silpną jungtį tarp pasikartojančių vienetų. Dėl to jų fotocheminis stabilumas yra prastesnis. Vis dėlto į PMA įtraukus SMA, pavyko 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
Tyrėjai pabrėžia, kad ši paprasta strategija vienu metu sukuria efektyvius krūvininkų pernašos kelius ir sumažina laisvą tūrį fotoaktyviajame sluoksnyje. Tokie įrenginiai išlaiko 97 % pradinio efektyvumo po 2 000 valandų veikimo ore, o ekstrapoliuotas tarnavimo laikas viršija 100 000 valandų.
Anot autorių, šis darbas parodo, kaip organinių puslaidininkių molekulinė ir morfologinė sandara lemia įrenginių tarnavimo laiką, ir siūlo praktišką kryptį, vedančią į lanksčių organinių fotovoltinių elementų komercializavimą.
