I jakten på hållbara energilösningar är strävan efter effektivare solceller av största vikt. Organiska fotovoltaiska celler har dykt upp som ett lovande alternativ till traditionella kiselbaserade motsvarigheter på grund av deras flexibilitet och kostnadseffektivitet. Att optimera deras prestanda är dock fortfarande en stor utmaning.
I ett banbrytande drag, ny forskning från Abdullah Gül University (Türkiye) ombildar strukturen hos organiska fotovoltaiska celler, och väljer en halvklotformad skalform för att låsa upp oöverträffad potential i ljusabsorption och vinkeltäckning.
Som rapporterats i Journal of Photonics for Energy , denna innovativa konfiguration syftar till att maximera ljusabsorption och vinkeltäckning, och lovar att omdefiniera landskapet för förnybar energiteknik. Studien presenterar avancerad beräkningsanalys och jämförande riktmärken för att lyfta fram de anmärkningsvärda egenskaperna hos denna nya design.
I studien undersöker professor Dooyoung Hah vid Abdullah Gül University absorptionsspektra inom det halvsfäriska skalformade aktiva lagret, vilket ger en detaljerad undersökning av hur ljus interagerar med cellens struktur och material genom en beräkningsteknik som kallas tredimensionellt finita element. analys (FEA).
FEA kan hjälpa till att lösa komplexa tekniska problem genom att dela upp strukturer i mindre, mer hanterbara delar som kallas finita element, vilket möjliggör simulering och analys av hela strukturens beteende under olika förhållanden, såsom olika ljusvåglängder och infallsvinklar.
De rapporterade FEA-resultaten är anmärkningsvärda. När den utsattes för tvärgående elektriskt (TE)-polariserat ljus, uppvisade den halvsfäriska skalstrukturen en anmärkningsvärd 66 procent ökning i ljusabsorption jämfört med plattstrukturerade enheter. På liknande sätt observerades en märkbar förbättring på 36 procent för transversellt magnetiskt (TM)-polariserat ljus.
I motsats till tidigare rapporterade halvcylindriska skaldesigner, framträdde den halvsfäriska skalstrukturen som en tydlig föregångare. Den stoltserade med en betydande 13-procentig ökning av ljusabsorptionen för TE-polarisering och en imponerande 21-procentig förbättring för TM-polarisering.
Utöver dess exceptionella absorptionsförmåga erbjuder den halvsfäriska skalstrukturen utökad vinkeltäckning, som spänner över upp till 81 grader för TE-polarisering och 82 grader för TM-polarisering. Denna anpassningsförmåga är särskilt fördelaktig för applikationer som kräver flexibel ljusinfångning, såsom bärbar elektronik.
Hah säger, "Med de förbättrade absorptions- och rundstrålande egenskaperna kommer de föreslagna halvsfäriska skalformade aktiva skikten att vara fördelaktiga i olika användningsområden för organiska solceller, såsom biomedicinska enheter, såväl som applikationer som kraftgenererande fönster och växthus, internet-of-things och så vidare."
Den halvsfäriska skalformen markerar ett betydande steg framåt i organisk solcellsdesign. Genom att utnyttja kraften i finita elementanalys och innovativ konstruktionsteknik hjälper den rapporterade forskningen vägen för en ljusare, mer hållbar framtid som drivs av förnybar energi.
Mer information: Dooyoung Hah, halvsfäriska skalformade organiska fotovoltaiska celler för förbättrad absorption och förbättrad vinkeltäckning, Journal of Photonics for Energy (2024). DOI:10.1117/1.JPE.14.018501
Tillhandahålls av SPIE
