Dom > Vijesti > Sadržaj
Hibridne solarne ćelije imaju aplikacije u fleksibilnoj elektronici i prijenosnim uređajima
Nov 03, 2018

Razumijevanje utjecaja površinskih nedostataka podupire poboljšanu učinkovitost hibridnih organskih / anorganskih solarnih ćelija.

               Hibridne solarne ćelije koriste sučelje koje uključuje slojeve organskih i anorganskih materijala za pretvaranje sunčeve svjetlosti u električnu energiju. Cinkov oksid (ZnO) popularan je izbor za anorganski materijal jer je jeftin, netoksičan i lako dostupan.

Međutim, učinkovitost pretvorbe hibridnih solarnih ćelija pomoću ZnO / organsko-donor bulk heterojunctions je trenutno vrlo niska - samo 2 posto kada je ZnO pomiješan u organski donor materijal. S druge strane, postignuta je pristojna učinkovitost od 6,1% kada se ZnO koristi kao sloj koji se nalazi između elektrode i sloja polimera ili akceptora male molekule.

Jean-Luc Bredas iz istraživačkog centra KAUST solarnog i fotonaponskog inženjerstva i kolege Hong Li sumnjaju da su unutarnji nedostaci u ZnO ključni čimbenik u lošem radu. Uspoređujući razlike u elektronskim svojstvima između različitih hibridnih materijala, zaključili su da cinkovih slobodnih radnih mjesta smanjuje učinkovitost pretvorbe ometajući proces razdvajanja naboja na sučelju između organskih i anorganskih materijala.

Dobro je poznato da ZnO prihvaća različite uloge u rasutom heteroguniranju, ovisno o vrsti organskog materijala i arhitekture. Kada se pomiješaju s polimerom ili malim molekularnim donatorima kao što je sexithienyl, ZnO preuzima ulogu akceptora elektrona: zauzima ili "prihvaća" elektrone i ostavlja pozitivno nabijenu rupu u seksipilnom sloju.

Kada se spoji između elektrode i punog akceptorskog sloja, ZnO pomaže pri prijenosu elektrona iz sloja fullerena u elektrodu. Ti procesi omogućuju učinkovito pretvaranje sunčeve svjetlosti u električnu energiju.

Istraživači su koristili računalne simulacije kako bi ispitali kako cinkovih slobodnih radnih mjesta na površini cinkovog oksida utječu na ta dva procesa. Za ZnO / sexithienyl bulk heterojunction, cinkovih slobodnih mjesta na ZnO površini može ometati lokalni prijenos naboja na ZnO / sexithienyl sučelje i također može spriječiti učinkovito razdvajanje naboja zbog jakih Coulomb interakcija. Međutim, za ZnO / fullerene sučelje, takva slobodna mjesta ne utječu značajno na proces prijenosa naboja.

Iz tih razloga, do sada razvijene ZnO / organske heterojuncije su neučinkovite. Usporedbe radi, cinkovi slobodni radovi imaju znatno veći negativni utjecaj na ZnO / sexithienyl nego na ZnO / fullerene sučelja. Rezultati imaju važne implikacije za razvoj hibridnih solarnih ćelija, koje imaju primjenu u fleksibilnoj elektronici i prijenosnim uređajima.

"Ono što smo naučili iz naših istraživanja je u kojoj mjeri defekti na površini provođenja metalnih oksida kao što su ZnO određuju ukupna elektronska svojstva i naposljetku učinkovitost uređaja", istaknuo je Bredas. On je sugerirao da rezultati ukazuju na moguće načine poboljšanja učinkovitosti solarnih ćelija kroz površinske modifikacije.