Lavorazione delle Unità Fotovoltaiche Organiche

Dott. Matthias Haeussler, Nave Ammiraglia Futura di Fabbricazione, Organismo Di Ricerca Scientifico ed Industriale del Commonwealth (la CSIRO), Australia
Autore Corrispondente: Matthias.Haeussler@csiro.au

La Maggior Parte di odierne pile solari disponibili nel commercio sono fatte dai materiali inorganici quale silicio alto-depurativo, che li rende costosi e meno non Xerox con altre fonti di energia quale carbone. La generazione seguente di pile solari sarà indicatore luminoso, flessibile, attraente e per di più, economici, perché saranno fatte dai materiali (di plastica) organici. I Loro beni leggeri flessibili permetteranno loro di essere spiegati sopra una vasta gamma di arredamento di nuove applicazioni per esempio, sviluppante le componenti Ecc. permettendo all'energia di essere generato dove è usata.

Pile Solari, anche chiamate celle (PV) fotovoltaiche dagli scienziati, luce solare del convertito direttamente in elettricità. Il PV ottiene il suo nome dal trattamento dell'indicatore luminoso di conversione (fotoni) all'elettricità (tensione), che è chiamata l'effetto di PV.

Le pile solari Di Plastica prodotte dai semiconduttori organici offrono il potenziale di consegnare la conversione a energia solare efficiente con montaggio a basso costo. Una sfida importante da sormontare è di migliorare il risparmio di temi, c'è una necessità di sviluppare i materiali luminoso assorbenti con la separazione di carica efficiente e di fare pagare i beni di trasporto e di da costruzione nei livelli attivi di pile solari con un nanomorphology controllato.

Simile alle unità fatte da silicio, il livello luminoso assorbente di celle fotovoltaiche (OPV) organiche consiste di un P tipo (il donatore di elettrone, D) e (ricettore dell'elettrone, A) un materiale N tipo, la Figura 1. semiconduttori organici P tipi Comunemente usati includono i polimeri basati sulle particelle elementari del tiofene quale P3HT, PBTTT, PCPDTBT.1 I migliori materiali N tipi finora sono stati derivati del fullerene quali PCBM61 e PDI. Questo composito attivo del livello è interposto fra un anodo trasparente (per esempio ossido di stagno dell'indio, ITO) e (per esempio alluminio, Al) un catodo metallico.

Figura. 1 diagramma di Energia di una pila solare organica che mostra i trattamenti in questione nella generazione del photocurrent. Egualmente sono indicati gli esempi dei semiconduttori organici N tipi tipici e di P.

Per generare una tassa, la luce incidente eccita un elettrone nel materiale erogatore dalla sua terra (o dall'orbitale molecolare il più su occupato - OMO) allo stato eccitato (o all'orbitale molecolare inoccupato più basso - LUMO) ed alle foglie dietro un foro o una carica positiva (Punto 1 nella Fig. 1). Questo eccitone poi viaggia all'interfaccia del D-A, in cui subisce un trasferimento di carica al livello di LUMO del ricettore (Punto 2). Il Trasporto dell'elettrone all'elettrodo e della ricombinazione con il foro tramite il circuito esterno produce un photocurrent (Punto 3).

Una delle sfide chiave in materiali organici è la loro costante dielettrica inerentemente bassa, con conseguente lunghezze di diffusione relativamente brevi dell'elettrone confrontate ai semiconduttori inorganici.2 Per raggiungere un trasferimento di elettroni efficiente fra il donatore ed il ricettore è necessario che i due materiali sono all'interno di prossimità di 10 nanometro (Fig. 2A). Tuttavia, malgrado l'alto coefficiente di assorbimento usuale delle tinture organiche, uno spessore minimo di 100 nanometro è richiesto per massimizzare l'assorbimento della luce.

Questo problema può essere superato ottimizzando l'interfaccia fra il donatore ed il ricettore sistemando i due materiali in una morfologia dispersa o in serie (BHJ) di heterojunction durante il trattamento di montaggio (Fig. 2B). Di conseguenza, una rete compenetrante è formata che consiste dei domini erogatori e ricchi di ricettore con un'alta area interfacciale mentre fornisce i canali per il trasporto della tassa agli elettrodi (Fig. 2C).

Figura. Schema 2 del doppio strato (A) OPV, strutturalmente simile alle pile solari inorganiche tradizionali, (B) ideale e (C) BHJ reale. Le frecce indicano le vie per il trasporto della tassa agli elettrodi.

Mentre la maggior parte delle pile solari del prototipo sviluppate in laboratorio da costruzione tramite il rotazione-rivestimento o la sublimazione, il potenziale reale per la produzione di energia futura di basso costo viene dal fatto che quei semiconduttori organici possono essere fabbricati a grande volume con il trattamento di stampa bobina a bobina commerciale attuale sui substrati flessibili di ampia area.3 Gli Scienziati e gli ingegneri intorno al mondo hanno cominciato a sviluppare i trattamenti per raggiungere questo scopo.

In Australia, i ricercatori dalla Nave Ammiraglia Futura di Fabbricazione delle CSIRO (Organismo Di Ricerca Scientifico ed Industriale del Commonwealth), Partnering con i gruppi nazionali ed internazionali, recentemente hanno riferito le riuscite prove di stampa in collaborazione con l'Internazionale di Securency, una società di stampa della banconota.4 Funzionando a massima velocita, la produzione ha potuto essere dilagata fino alla stampa 200 metri al minuto o complessivamente 100 kms al giorno. Ammettendo un risparmio di temi mirato a di 10%, abbastanza pile solari potrebbero essere stampate in cinque mesi per generare l'output equivalente dell'elettricità di una centrale elettrica di gigawatt (Fig. 3).

Figura. 3 pile solari organiche Flessibili sul torchio tipografico

Malgrado tutti i vantaggi e potenziale enorme per la produzione di energia di basso costo, le pile solari organiche dovranno continuare l'investimento ed ulteriore sviluppo per accedere al mercato dei consumatori. In particolare, le domande si sono riferite alla morfologia e la stabilità a lungo termine dei materiali organici deve essere risposta a. Tuttavia, le grandi prospettive offerte dalle pile solari organiche piombo noi su un viaggio emozionante verso la produzione di energia rispettosa dell'ambiente e sostenibile in futuro.


Riferimenti

1. A.J. Moule e K. Meerholz “controllo della Morfologia nelle miscele soluzione-elaborate della pila solare di massa-heterojunction„ Hanno Avanzato i Materiali Funzionali 19 (2009) 3028-3036
2. Paragone di B.A. Gregg e di M.C. Hanna “organico alle celle fotovoltaiche inorganiche: Teoria, esperimento e Giornale di simulazione„ di Fisica Applicata 93 (2003) 3605-3614
3. Montaggio di F.C. Krebs “e trattamento delle pile solari del polimero: Una rassegna di stampa e dei Materiali A energia solare di tecniche del rivestimento„ & delle Pile Solari 93 (2009) 394-412
4. Versione di Media: http://www.csiro.au/news/Trials-for-printable-plastic-solar-cells.html (l'ultimo Ottobre 2009 raggiunto)

Copyright AZoNano.com, Dott. Matthias Haeussler (la CSIRO)

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

Last Update: 13. June 2013 23:17

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