유기 광전지 장치의 제작

Matthias Haeussler, 미래 제조 기함, 연방 과학 적이고 및 산업 연구 편성부대 (CSIRO), 호주 박사
대응 저자: Matthias.Haeussler@csiro.au

오늘 상업적으로 이용 가능한 태양 전지의 대부분은 그(것)들을 석탄과 같은 그밖 에너지 자원에 비싼 그리고 보다 적게 경쟁에게 하는 높 순화한 실리콘과 같은 무기 물자에게서 합니다. 태양 전지의 차세대는 그(것)들이 유기 (플라스틱) 물자에게서 할 것이기 때문에, 빛, 유연할 것입니다, 가장 중요하게 매력적 및, 쌀 것이일 것입니다. 그들의 유연한 경량 속성은 사용되는 곳에 그(것)들을 분대 등등을 건설하는 새로운 응용 프로그램 예를 들면 비품의 광범위에 배치되는 가능하게 해 생성되는 에너지를 가능하게 하.

또한 과학자에 의해 광전지 불리는 (PV) 태양 전지, 전기로 개심자 햇빛에게 직접. PV는 공정한 판단 (광양자)의 프로세스에게서 PV 효력이라고 칭하는 전기 (전압)에 그것의 이름을 얻습니다.

유기 반도체에서 일어난 플라스틱 태양 전지는 값이 싼 제작을 가진 능률적인 태양 에너지 변환을 전달하는 잠재력을 제안합니다. 극복할 것이다 중요한 도전은 효율성을 향상하기 위한 것이고, 능률적인 책임 별거를 가진 빛 흡수 물자를 개발하고 이동 성질을 비용을 부과하고 통제되는 nanomorphology로 태양 전지의 액티브한 층으로 날조하는 필요가 있습니다.

실리콘에게서 한 장치와 유사한, 유기 광전지의 빛 흡수 (OPV) 층은 p 모형 (전자 기증자, D) 및 n 모형 (전자 수락자로, 아) 물자, 숫자 1. 통용되는 p 모형 유기 반도체 P3HT PBTTT, PCPDTBT와 같은 티오펜 빌딩 블록에 근거를 둔 중합체를 포함합니다 이루어져 있습니다.1 최고 n 모형 물자는 이제까지는 PCBM와 계속 PDI와 같은 fullerene61 유래물입니다. 이 액티브한 층 합성물은 투명한 양극 (예를들면 인듐 주석 산화물, ITO)와 금속 (예를들면 알루미늄, 알루미늄) 음극선 사이에서 사이에 끼워집니다.

숫자. photocurrent 생성에서 관련시키는 프로세스를 보여주는 유기 태양 전지의 1개의 에너지 선도. 또한 전형적인 p- 및 n 모형 유기 반도체의 보기는 보입니다.

책임을 생성하기 위하여는, 여기 상태 (또는 가장 낮은 비어 있는 분자 궤도에 그것의 지상 (높이 점유된 분자 궤도 - 직립원인) - LUMO) 및 구멍 또는 양전하 (FIG. 1)의 뒤에 잎에서 제공 물자에 있는 전자가에서 단계 1 사건 빛에 의하여 흥분합니다. 이 여기자는 수락자 (단계 2)의 LUMO 수준에 책임 이동을 겪는 D-A 공용영역에 그 때 이동합니다. photocurrent 전극에 전자 및 외부 회로를 통해서 구멍을 가진 재결합의 수송에 의하여 생성합니다 (단계 3).

유기 물질에 있는 중요한 도전의 한개는 무기 반도체와 비교된 상대적으로 짧은 전자 퍼짐 길이의 결과로 그들의 본래부터 낮은 절연성 불변의 것, 입니다.2 2개의 물자가 10 nm 근접 (FIG. 2A) 안에 있다 기증자와 수락자 사이 능률적인 전자 이동을 달성하는 것이 필요합니다. 그러나, 유기 염료의 일반적인 높은 흡수계수에도 불구하고, 100 nm의 최소한도 간격은 흡광을 확대할 것을 요구됩니다.

이 문제는 이산하는 대량 이질 접합 형태학에 있는 2개의 물자를 배열해서 기증자와 수락자 사이 공용영역을 낙관해서 제작 (BHJ) 프로세스 (FIG. 2B) 도중 극복될 수 있습니다. 그 결과로, 높은 계면적을 가진 제공과 수락자 부유한 도메인으로 채널 통신로를 전극 (FIG. 2C)에 책임 수송을 제공하고 있는 동안 이루어져 있는 상호 침투 통신망은 형성됩니다.

숫자. 전통적인 무기 태양 전지와 유사한 (a) bilayer OPV, 구조상으로, (b) 이상 및 (c) 실제적인 BHJ의 2 계획. 화살은 전극에 책임 수송을 위한 통로를 표시합니다.

실험실에서 개발되는 대부분의 시제품 태양 전지가 회전급강하 코팅 또는 승화에 의해 날조되는 동안, 미래 저가 발전을 위한 실제적인 잠재력은 그 유기 반도체가 큰 부위 유연한 기질에 높은 볼륨 직행 기존 상업적인 오픈릴식인 인쇄과정에 제조될 수 있다 는 사실에서 옵니다.3 전세계 과학자 그리고 엔지니어는 이 목표를 달성하기 위하여 프로세스를 개발하는 것을 시작했습니다.

호주에서는, CSIRO'S (연방 과학 적이고 및 산업 연구 편성부대) 미래 제조 기함에서 연구원은, 국제 및 국제적인 단과 파트너가 되어서, Securency 국제 경기, 은행권 인쇄소와 협력하여 최근에 성공적인 인쇄 예심을 보고했습니다.4 전속력으로 작전해서, 생산은 인쇄까지 ramped 일 당 100개의 kms 분 토탈 당 일 수 있었습니다 200 미터. 표적으로 한 10% 효율성을 가정해서, 충분한 태양 전지는 5 달에서 1개 gigawatt 발전소 (FIG. 3)의 동등한 전기 산출을 생성하기 위하여 인쇄될 수 있었습니다.

숫자. 인쇄기에 3개의 유연한 유기 태양 전지

저가 발전을 위한 모든 이점 그리고 거대한 잠재력에도 불구하고, 유기 태양 전지는 투자와 추가 소비자 시장을 입력하기 위하여 발달을 계속할 필요가 있을 것입니다. 특히, 질문은 형태학과 관련되고 유기 물질의 장기 안정성은 응답되어야 합니다. 역시, 유기 태양 전지에 의해 제안된 중대한 장래성은 환경 친절한 유지할 수 있는 발전으로 활발한 여행에 저희를 앞으로는 지도할 것입니다.


참고

1. A.J. Moule와 K. Meerholz "해결책 가공한 부피 이질 접합 태양 전지 혼합물에 있는 형태학 통제"는 기능적인 물자 19를 (2009년) 3028-3036 진행했습니다
2. 유기 무기 광전지에 B.A. Gregg와 M.C. Hanna "비교: 적용 물리학 93 (2003년) 3605-3614의 이론, 실험 및 시뮬레이션" 전표
3. F.C. Krebs "중합체 태양 전지의 제작 그리고 가공: 인쇄 및 코팅 기술" 태양 에너지 물자 & 태양 전지 93의 검토 (2009년) 394-412
4. 매체 방출: http://www.csiro.au/news/Trials-for-printable-plastic-solar-cells.html (2009년 10월 접근되는 마지막)

, 저작권 AZoNano.com Matthias Haeussler (CSIRO) 박사

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

Last Update: 13. June 2013 23:23

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