Potencial organskih polimerov: nove vrste kopolimernih sončnih celic

Raziskave laboratorijev državne univerze Rice in državne univerze Pensilvanija naznanjajo  novo generacijo sončnih celic. Fotovoltaična naprava sestavljena, ne iz silikonskih materialov, ampak iz blok kopolimerov, pri čemer je posebnost tega organskega materiala, da se samo-sestavi in samo- ureja v specifične plasti. Izkazalo se je, da so veliko bolj učinkovite kot celice s polimernimi sestavinami kot aktivnimi elementi.

V skupnem projektu univerze Rice in Penn State, pod vodstvom dr. Rafael Verduzco in dr. Enrique Gomeza je uspelo ekipi strokovnjakov, učinkovitost polimernih celic povečati kot nobenemu laboratoriju doslej.

Medtem, ko je res, da komercialne silikonske celice lahko pretvorijo do 20% sončne energije v električno energijo in eksperimentalne celice tudi do 25 %, bi lahko ob istem času potekajoča raziskovanja na področju polimernih, ki imajo sicer manjši izkoristek, močno zmanjšala stroške izdelave sončnih elektrarn, saj organski materiali predstavljajo cenejšo alternativo.

Po besedah inžinerja dr. Verduzco  dosegajo njihove celice okoli 3% učinkovitost, kar je presenetljivo višje od rezultatov dozdajšnjih raziskav.

˝V sončni celici potrebuješ dve sestavini: enega za prenašanje ( negativnih) elektronov in drugega za prenašanje pozitivne napetosti ˝.  Z dodajanjem sončne energije nastane neravnovesje med sestavinami in proizvaja se uporabni tok.

˝Že sredi 1980-ih so raziskovalci eksperimentirali z zlaganjem in mešanjem polimernih sestavin, toda s slabimi rezultati. Kasneje je mešanica polimer/ Fuleren  dosegla 10% učinkovitost, vendar je z fulerenom težko delati – v tem primeru z zvišanim C-60 ˝buckyballs˝  je obrazložil dr. Verduzco.

V laboratorijih univerze Rice so razvili blok kopolimer- P3HT-b-PFTBT- ki se loči v trakove v širini 10 nanometrov. Zanimiva je njihova naravna tendenca, da se oblikujejo v pravokotne trakove glede na steklo. Kopolimer je bil ustvarjen na steklu (ITO) s temperaturo 165 Celzia na zgornji plasti.

Drugo stran naprave pokriva aluminijasta plast, kjer se polimerni trakovi raztezajo od vrha, do dna elektrod in omogočajo prost preliv elektronov.

˝Teoretično so blok kopolimeri odlični kandidati za organske solarne celice, vendar do sedaj z njimi še nikomur ni uspelo  doseči dobrih fotovoltaičnih učinkov˝, pravi dr. Verduzco.  ˝Mi te ideje nismo opustili, saj je bila le peščica takih sončnih celic dejansko tudi preizkušena. Menili smo, da bomo dosegli večjo učinkovitost  blok kopolimerov, če bomo oblikovali prave materiale in izdelovali sončne celice pod pravimi pogoji.˝

Raziskovalci eksperimentirajo z različnimi blok kopolimeri, da bi se naučili nadzorovati njihovo strukturo, da bi povišali njihovo učinkovitost ujemanja fotonov in njihovo pretvorbo v električno energijo.

Uganka ostaja: Ni še jasno, zakaj se kopolimeri organizirajo pravokotno na elektrode. Naša hipoteza je, da oba polimera privlači steklo z ITO prevleko in, da jih ta sila usmerja, čeprav tega še ne moremo dokazati«.  Ko bo dosežena večja učinkovitost celic, bo ekipa začela preučevati učinkovitost skozi daljša časovna obdobja uporabe .˝ razloži dr. Verduzco

˝Najprej se bomo osredotočili na učinkovitost delovanja, saj brez  povečane učinkovitosti ni smisla, da se usmerimo na druga področja kot je stabilnost˝ pravi  dr. Verduzco.

Inkapsulirati sončne celice tako, da ga zrak in voda ne razkrojita je enostavno, vendar ga  je težko zaščititi pred degradacijo, ki jo povzročajo ultraviolični žarki. ˝Izpostavljati ga sončnim žarkom pa je seveda neizogibno.˝

Čeprav organske sončne celice, po svoji učinkovitosti, zaenkrat še vedno ne dosegajo učinka silikonskih, pa se ta razlika z novimi odkritji manjša. Vsekakor bo zanimivo spremljati kaj se to v prihodnosti dogajalo na tem področju.

Oddajte svoj komentar...

*