有機性光起電装置の製造

マティアス Haeussler、未来の製造業の旗艦連邦の科学的で、産業研究構成 (CSIRO)、オーストラリア先生
対応する著者: Matthias.Haeussler@csiro.au

今日の商用化された太陽電池のほとんどはそれらを石炭のような他のエネルギー源と高く、より少なく競争にする高浄化されたケイ素のような無機材料からなされます。 太陽電池の次世代はそれらが有機性 (プラスチック) 材料からなされるので、ライト、適用範囲が広く、最も重大に魅力的なおよび、安いです。 適用範囲が広い軽量の特性は使用されるところにそれらがコンポーネント等を構築する新規アプリケーションの例えば調度品の広い範囲に配置されることを可能にしま生成されることをエネルギーが可能にします。

また科学者が光電池呼出す (PV)太陽電池、電気への改宗者の日光と直接。 PV は白色光 (光子) のプロセスから PV の効果と呼出される電気 (電圧) に名前を得ます。

有機性半導体から作り出されるプラスチック太陽電池は低価格の製造の効率的な太陽エネルギーの変換を提供する潜在性を提供します。 克服するべき主要な挑戦は効率を改善すること効率的な料金の分離を用いるライト吸収材料を開発し、輸送特性を満たし、制御された nanomorphology と太陽電池の実行中の層に製造する必要性があります。

ケイ素からなされる装置に類似した有機性光電池のライト吸収の (OPV)層は p タイプから成っています (電子提供者、 D) および n タイプ (電子アクセプターは、 A) 材料、図 1. 広く使われた p タイプの有機性半導体 P3HT、 PBTTT、 PCPDTBT のようなチオフェンのブロックに基づいてポリマーを含んでいます。1 最もよい n タイプ材料は今のところ PCBM およびずっと PDI のようなフラーレンの61派生物です。 この実行中の層の合成物は透過陽極 (例えばインジウムの錫の酸化物、 ITO) と金属 (例えばアルミニウム、 Al) 陰極の間で挟まります。

図。 photocurrent 生成にかかわるプロセスを示す有機性太陽電池の 1 つのエネルギー図表。 また典型的な p- および n タイプの有機性半導体の例は示されています。

料金を生成するためには、入射光は励起状態 (か最も低く専有されていない分子軌道に地面 (または最も高く占められた分子軌道 - ヒト属) - からの供給材料の電子を LUMO) 刺激しましたりおよび穴か正電荷 (図 1) のステップ 1 を置き去りにします。 この励起子はアクセプター (ステップ 2) の LUMO のレベルへの料金転送を経る D-A インターフェイスにそれから移動します。 電極への電子および外部回路を通した穴との組み変えの輸送は photocurrent 作り出します (ステップ 3)。

有機材料の主挑戦の 1 つは無機半導体と比較される比較的短い電子拡散距離に終って本来低い比誘電率、です。2 2 つの材料が 10 nm の近さ (図 2A) の内にあること提供者とアクセプター間の効率的な電子転送を達成することは必要です。 ただし、有機性染料の通常の高い吸収係数にもかかわらず光吸収を最大化するために、 100 nm の最小の厚さは必要となります。

この問題は分散させるか、またはバルクヘテロ接合の形態の 2 つの材料の配列による提供者とアクセプター間のインターフェイスの最適化によって製造 (BHJ)プロセス (図 2B) の間に克服することができます。 その結果、相互貫入ネットワークはチャネルを電極 (図 2C) に料金の輸送に提供している間高い界面領域の供給およびアクセプターが豊富な領域から形作られた成っていることです。

図。 従来の無機太陽電池と同じような (a) bilayer OPV、構造的に (b) 理想および (c) 実質 BHJ の 2 スキーム。 矢は電極に料金の輸送のためのパスを明記します。

実験室で開発されるほとんどのプロトタイプ太陽電池が回転コーティングか昇華によって製造される間、未来の低価格の発電のための実質の潜在性はそれらの有機性半導体が大きい領域の適用範囲が広い基板の大量の直通の既存の商業リール印刷プロセスで製造できるという事実から来ます。3 世界中の科学者そしてエンジニアはこの目的を達成するためにプロセスを開発し始めました。

オーストラリアでは、 CSIRO'S (連邦の科学的で、産業研究構成) の未来の製造業の旗艦からの研究者は、各国用および国際的なグループと組んで、 Securency インターナショナル、銀行券の印刷会社と共同して最近正常な印刷の試験を報告してしまいました。4 全速力で作動して、生産はプリントまで増加する 1 日あたりの 100 つの kms 分または合計ごとのことができます 200 メートル。 目標とされた 10% の効率を仮定して、十分な太陽電池は 5 か月に 1 つのギガワットの発電所 (図 3) の同等の電気の出力を生成するために印刷できます。

図。 印刷機の 3 つの適用範囲が広い有機性太陽電池

低価格の発電のためのすべての利点そして巨大な潜在性にもかかわらず、有機性太陽電池は投資および消費市場を入力するためにそれ以上の開発を続ける必要があります。 特に、質問は形態に関連し、有機材料の長期にわたる安定性は答えられなければなりません。 それにもかかわらず、有機性太陽電池によって提供された大きい見通しは環境に優しく、支持できる発電の方のエキサイティングな旅行の私達を将来導きます。


参照

1. A.J. Moule および K. Meerholz 「解決処理された大きさヘテロ接合の太陽電池の混合物の形態制御」は機能材料 19 を (2009 年) 3028-3036 進めました
2. 有機性無機光電池との B.A. Gregg および M.C. ハナの 「比較: 応用物理 93 (2003 年) 3605-3614 の理論、実験およびシミュレーション」ジャーナル
3. F.C. Krebs の 「ポリマー太陽電池の製造そして処理: 印刷およびコーティングの技術の」太陽エネルギー材料及び太陽電池 93 の検討 (2009 年) 394-412
4. メディアリリース: http://www.csiro.au/news/Trials-for-printable-plastic-solar-cells.html (2009 年 10 月アクセスされる最後)

、版権 AZoNano.com マティアス Haeussler (CSIRO) 先生

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

Last Update: 13. June 2013 23:20

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