Fabricación de Dispositivos Fotovoltaicos Orgánicos

El Dr. Matías Haeussler, Buque Insignia Futuro de la Fabricación, Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth (CSIRO), Australia
Autor Correspondiente: Matthias.Haeussler@csiro.au

La mayor parte de las células solares disponibles en el comercio de hoy se hacen de los materiales inorgánicos tales como silicio alto-purificado, que los hace costosos y menos competitivos con otras fuentes de energía tales como carbón. La generación siguiente de células solares será luz, flexible, atractiva y más importante, baratas, porque serán hechas de los materiales (plásticos) orgánicos. Sus propiedades ligeras flexibles les permitirán ser desplegadas sobre una amplia gama de mobiliario de las nuevas aplicaciones por ejemplo, construyendo los componentes Etc. permitiendo a energía ser generado donde se utiliza.

Células Solares, también llamadas células (PV) fotovoltaicas por los científicos, luz del sol del convertido directamente en electricidad. El PICOVOLTIO consigue su nombre del proceso de la luz que convierte (fotones) a la electricidad (voltaje), que se llama el efecto del PICOVOLTIO.

Las células solares Plásticas producidas de los semiconductores orgánicos ofrecen el potencial de entregar la conversión de energía solar eficiente con la fabricación barata. Un reto importante a vencer es mejorar eficiencia, hay una necesidad de desarrollar los materiales de luz-absorción con la separación eficiente de la carga y de cargar propiedades de transporte y de fabricarlas en capas activas de células solares con un nanomorphology controlado.

Similar a los dispositivos hechos del silicio, la capa de luz-absorción de células fotovoltaicas (OPV) orgánicas consiste en un p-tipo (donante de electrón, D) y un n-tipo (el validador del electrón, A) material, Cuadro 1. p-tipo De uso general semiconductores orgánicos incluye los polímeros basados en bloques huecos del tiofeno tales como P3HT, PBTTT, PCPDTBT.1 El mejor n-tipo materiales ha sido hasta ahora derivados del fullerene tales como PCBM61 y PDI. Este compuesto activo de la capa se intercala entre un ánodo transparente (e.g óxido del estaño del indio, ITO) y (e.g aluminio, Al) un cátodo metálico.

Figura. 1 diagrama de Energía de una célula solar orgánica que muestra los procesos implicados en generar un photocurrent. También se muestran los ejemplos de p y del n-tipo típicos semiconductores orgánicos.

Para generar una carga, la luz de incidente excita un electrón en el material dispensador de aceite de su conexión a tierra (o del orbitario molecular lo más arriba posible ocupado - HOMO) al estado emocionado (o al orbitario molecular vacante más inferior - LUMO) y de las hojas detrás de un agujero o de una carga positiva (Paso De Progresión 1 en Fig. 1). Este excitón entonces viaja al interfaz de DA, donde experimenta una transferencia de carga al nivel de LUMO del validador (Paso De Progresión 2). El Transporte del electrón al electrodo y de la recombinación con el agujero a través del circuito externo produce un photocurrent (el Paso De Progresión 3).

Uno de los retos dominantes en materiales orgánicos es su constante dieléctrica intrínsecamente inferior, dando por resultado las longitudes de difusión relativamente cortas del electrón comparadas a los semiconductores inorgánicos.2 Para lograr una transferencia eficiente del electrón entre el donante y el validador es necesario que los dos materiales están dentro de la proximidad de 10 nanómetro (Fig. 2A). Sin Embargo, a pesar del alto coeficiente de amortiguación usual de tintes orgánicos, un espesor mínimo de 100 nanómetro se requiere para maximizar la absorción de la luz.

Este problema puede ser superado optimizando el interfaz entre el donante y el validador arreglando los dos materiales en una morfología dispersa o a granel (BHJ) de la heterounión durante el proceso de la fabricación (Fig. 2B). Como consecuencia, una red de interpenetración se forma que consiste en los dominios dispensadores de aceite y validador-ricos con una alta área de cara a cara mientras que proporciona a los canales para el transporte de la carga a los electrodos (Fig. 2C).

Figura. Esquema 2 (a) del bilayer OPV, estructural similar a las células solares inorgánicas tradicionales, (b) del ideal y (c) de BHJ real. Las flechas indican los caminos para el transporte de la carga a los electrodos.

Mientras Que la mayoría de las células solares del prototipo desarrolladas en el laboratorio son fabricadas por la barrena-capa o la sublimación, el potencial real para la producción de energía futura del bajo costo viene del hecho de que esos semiconductores orgánicos pueden ser fabricado en el proceso de impresión de carrete comercial existente directo en grandes cantidades en los substratos flexibles de la área extensa.3 Los Científicos y los representantes técnicos en todo el mundo han comenzado a desarrollar procesos para lograr esta meta.

En Australia, los investigadores del Buque Insignia Futuro de la Fabricación de los CSIRO (Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth), partnering con los grupos nacionales e internacionales, han señalado recientemente juicios acertadas de la impresión en colaboración con el International de Securency, empresa de impresión del billete de banco.4 Operatorio a toda velocidad, la producción podía ser en rampa hasta huella 200 contadores por minuto o un total de 100 kms por día. Si Se Asume Que una eficiencia apuntada del 10%, suficiente células solares se podrían imprimir en cinco meses para generar el rendimiento equivalente de la electricidad de una central eléctrica del gigawatt (Fig. 3).

Figura. 3 células solares orgánicas Flexibles en prensa

A Pesar De todas las ventajas y potencial enorme para la producción de energía del bajo costo, las células solares orgánicas necesitarán continuar la inversión y el revelado adicional para entrar en el mercado de consumidores. Particularmente, las preguntas se relacionaron con la morfología y la estabilidad a largo plazo de los materiales orgánicos tiene que ser contestada. Sin Embargo, las grandes perspectivas ofrecidas por las células solares orgánicas nos llevarán en un viaje emocionante hacia la producción de energía respetuosa del medio ambiente y sostenible en el futuro.


Referencias

1. A.J. Moule y K. Meerholz “mando de la Morfología en mezclas solución-tramitadas de la célula solar de la bulto-heterounión” Avance los Materiales Funcionales 19 (2009) 3028-3036
2. Comparar de B.A. Gregg y de M.C. Hanna el “orgánico a las células fotovoltaicas inorgánicas: Teoría, experimento, y Gorrón de la simulación” de la Física Aplicada 93 (2003) 3605-3614
3. Fabricación de F.C. Krebs “y tramitación de las células solares del polímero: Una revista de la impresión y de los Materiales De energía solar y de las Células Solares 93 de las técnicas de la capa” (2009) 394-412
4. Desbloquear de Media: http://www.csiro.au/news/Trials-for-printable-plastic-solar-cells.html (Octubre de 2009 alcanzado pasado)

Derechos De Autor AZoNano.com, el Dr. Matías Haeussler (CSIRO)

Date Added: Oct 25, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:42

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