Organiska solceller (OPV), en tredje generationens solcellsteknik som kan omvandla solenergi till elektricitet, har visat sig vara mer effektiva än kiselceller under låg ljusintensitet inomhus LED -belysning. Dessa celler har också visat stor potential för att driva låg förbrukning, off-the-grid elektronik i inomhusmiljöer.

Trots deras enorma potential, effektomvandlingseffektiviteten hos OPV-celler begränsas för närvarande av betydande förluster i deras öppna kretsspänning. Dessutom, tidigare studier tyder på att när det används för inomhusbelysning är deras absorptionsspektrum långt ifrån optimalt.

I ett försök att övervinna dessa begränsningar, ett team av forskare vid den kinesiska vetenskapsakademien i Kina och Linköpings universitet i Sverige har nyligen utformat en icke-fulleren acceptor för att möjliggöra högpresterande organiska solceller för inomhusapplikationer. Denna nya acceptor, presenteras i ett papper publicerat i Naturenergi , kan blandas med en polymerdonator för att erhålla ett fotoaktivt lager med ett absorptionsspektrum som matchar det för inomhusljuskällor.

Det aktiva lagret som omvandlar ljusenergi till elektrisk energi i organiska solceller, såsom OPV, består av en fin blandning av två molekyler, som kallas donator och acceptor. Dessa molekyler kan i huvudsak ställas in för att absorbera typer av ljus med olika våglängder.

"I det här arbetet, vi presenterar en donator/acceptor -kombination inställd för att absorbera synligt ljus, "Jonas Bergqvist, en av forskarna som genomförde studien, berättade TechXplore. "Givaren och acceptorn är inställda på att även leverera en högspänning på 1,24V under solbelysning."

Bergqvist och hans kollegor kombinerade acceptorn de utvecklade, kallad IO-4Cl, med en polymerdonator som kallas PBDB-TF. Genom att kombinera dessa två molekyler, de uppnådde ett fotoaktivt lager med ett absorptionsspektrum som är i linje med det för inomhusljuskällor, vilket gör den idealisk för inomhusapplikationer.

"Många högpresterande acceptorer för organisk solceller har haft en låg bandgap med absorptionsstart på ~ 800 nm, "Bergqvist sa." I detta arbete, Vi har modifierat acceptorn ITIC för att öka bandgapet och på detta sätt matcha materialabsorptionen med inomhusbelysningsspektret (matchande synligt ljus 400-700 nm). "

Den breda bandgap som observeras i materialet som forskarna har utvecklat resulterar i en högre spänning, möjliggör högre energiprestanda i inomhusmiljöer. Forskarna utvärderade sin acceptors prestanda i situationer där den enda belysningen var ett lågintensivt LED-ljus, simulera typiska förhållanden i en mängd olika inomhusutrymmen, inklusive vardagsrum, bibliotek och köpcentra.

I dessa tester, acceptorn de utvecklade möjliggjorde en effektomvandlingseffektivitet på upp till 26,1 procent, med en 1 cm ² enhet. När Bergqvist och hans kollegor testade större (dvs. 4 cm ² ) enheter som drivs av sin acceptor, de uppnådde en anmärkningsvärd effektomvandlingseffektivitet på 23,9 procent.

"Digitaliseringen av vårt samhälle ökar och Internet of Things och smarta enheter är en starkt växande marknad, "Bergqvist sa." Många av dessa enheter förbrukar låga mängder energi och effektiva enheter för skörd av ljusenergi kan hjälpa till att driva dem. De högpresterande OPV:erna i kombination med tryckning och beläggning av rulle -till -rulle -produktion visar en stor potential att driva anslutna smarta saker. "

Det stora gapet, icke-fullerenacceptor utvecklad av Bergqvist och hans kollegor kan äntligen möjliggöra högre prestanda i organiska solceller inomhusmiljöer. Detta kan ha viktiga konsekvenser för utvecklingen av mer avancerad solcellsteknik, vilket inte är begränsat till utomhusapplikationer.

"Vi kan enkelt justera absorptionsspektrumet för dessa organiska material, så att vi kan maximera effektiviteten för ljusomvandling inomhus, "Feng Gao, en annan forskare som är involverad i studien, berättade TechXplore. "Detta är inte möjligt för kommersiella kiselsolceller. Av denna anledning, Jag tror verkligen att organiska solceller ger en unik och lovande kandidat för inomhusapplikationer som att driva Internet of Things. "

Under de kommande åren, den nya acceptorn för OPV-celler som utvecklats av detta forskargrupp kan användas för att skapa mer energieffektiva enheter. I deras framtida arbete, Bergqvist, Gao och deras kollegor planerar att fortsätta utveckla acceptorn tillsammans med Jianhou Hou från Chinese Academy of Science, undersöker nya sätt att förbättra sin prestanda.

Till exempel, ökning av fotoströmmen kan leda till en ytterligare ökning av effektomvandlingseffektiviteten. Beräkningar utförda av forskarna tyder på att det teoretiskt sett skulle vara möjligt att driva sin effektomvandlingseffektivitet över 40 procent.

© 2019 Science X Network