En polymersolcell redo för testning; metallanslutningarna gör att vi kan mäta olika områden av filmen och mäta enhetens effektivitet bland andra parametrar. Kredit:Andrew Parnell
(PhysOrg.com) -- Ett vetenskapligt framsteg inom förnybar energi som lovar en revolution i enkelheten och kostnaden för att använda solceller, har meddelats idag. En ny studie visar att även när man använder mycket enkla och billiga tillverkningsmetoder - där flexibla lager av material deponeras över stora ytor som klamfilm - kan effektiva solcellsstrukturer tillverkas.
Studien, publiceras i tidskriften Avancerade energimaterial , banar väg för nya tekniker för tillverkning av solceller och löftet om utveckling inom förnybar solenergi. Forskare från universiteten i Sheffield och Cambridge använde ISIS Neutron Source och Diamond Light Source vid STFC Rutherford Appleton Laboratory i Oxfordshire för att utföra forskningen.
Solceller i plast (polymer) är mycket billigare att tillverka än konventionella kiselsolceller och har potential att produceras i stora mängder. Studien visade att när komplexa blandningar av molekyler i lösning sprids på en yta, som att lacka en bordsskiva, de olika molekylerna separeras till toppen och botten av lagret på ett sätt som maximerar effektiviteten hos den resulterande solcellen.
ISIS målstation 2 vid STFC Rutherford Appleton Laboratory i Oxfordshire. Kredit:STFC
Dr Andrew Parnell vid University of Sheffield sa, "Våra resultat ger viktiga insikter om hur ultrabilliga solenergipaneler för hushålls- och industribruk kan tillverkas i stor skala. Istället för att använda komplexa och dyra tillverkningsmetoder för att skapa en specifik halvledarnanostruktur, högvolymsutskrift skulle kunna användas för att producera filmer i nanoskala (60 nanometer) av solceller som är över tusen gånger tunnare än bredden på ett människohår. Dessa filmer kan sedan användas för att göra kostnadseffektiva, lätta och lätta att transportera solcellsenheter i plast som solpaneler."
Dr Robert Dalgliesh, en av ISIS-forskarna som är involverade i arbetet, sa, "Detta arbete illustrerar tydligt vikten av den kombinerade användningen av neutron- och röntgenspridningskällor som ISIS och Diamond för att lösa moderna utmaningar för samhället. Att använda neutronstrålar vid ISIS och Diamonds ljusa röntgenstrålar, vi kunde undersöka den inre strukturen och egenskaperna hos solcellsmaterialen på ett icke-förstörande sätt. Genom att studera skikten i materialen som omvandlar solljus till elektricitet, vi lär oss hur olika bearbetningssteg förändrar den totala effektiviteten och påverkar den totala polymersolcellsprestanda."
Den här bilden visar hur neutroner sprids från ett av solcellslagren. Att modellera denna information hjälper oss att förstå kompositionen och strukturen i lagret. Den intensiva horisontella linjen är den spegelliknande reflektionen (spegelreflektion) från solcellen. Data togs på instrumentet Offspec vid ISIS målstation 2. Kredit:STFC
"Under de kommande femtio åren kommer samhället att behöva försörja världens befolknings växande energibehov utan att använda fossila bränslen, och den enda förnybara energikällan som kan göra detta är solen", sa professor Richard Jones vid University of Sheffield. "På ett par timmar faller tillräckligt med energi från solljus på jorden för att tillfredsställa jordens energibehov under ett helt år, men vi måste kunna utnyttja detta i mycket större skala än vi kan göra nu. Billiga och effektiva polymersolceller som kan täcka stora ytor kan hjälpa oss att flytta in i en ny tid av förnybar energi."
Solceller
Solceller är halvledarenheter som används för att generera förnybar energi till låg kostnad - oftast som solpaneler. När solljus träffar en solcell, den absorberas och dess energi omvandlas till en elektrisk ström. De flesta solcellsapparater är gjorda av kisel; dock, enheter kan också vara tillverkade av plast (organiska solceller).
Plastfilmer kan deponeras från lösning till låg kostnad, rull-till-rulle-trycktekniker som resulterar i betydande totala besparingar i energi och kostnader. Det är här filmen läggs på rulle och går igenom en serie processer som liknar hur tidningar trycks och tas av en rulle i slutet. Det finns för närvarande produkter som använder denna typ av teknik. För att öka användningen ytterligare, dock, tekniken måste bli effektivare. Polymersolceller är för närvarande 7-8 % effektiva. Nästa steg är att utveckla celler som är 10 % effektiva eller mer för kommersiell livskraft.
Materialen som används i den forskning som genomförs av samarbetet kallas PCDTBT (poly [N-9′-heptadecanyl-2, 7-karbazol-alt-5, 5-(4′, 7'-di-2-tienyl-2', 1′, 3'-bensotiadiazol):PCBM ([6, 6]-fenyl-C61-smörsyrametylester), ett material baserat på Nobelprisbelönta (kemi 1996) arbete av professor Richard Smalley och professor Harry Kroto (bland andra) om C60 Buckminsterfulleren eller buckyball-formen av kol. Ljusa röntgenstrålar med instrument vid Diamond Light Source användes för att studera materialets kristallinitet; neutroner vid ISIS användes för att undersöka materialets sammansättningsprofil.
