Vervaardiging van Organische Photovoltaic Apparaten

Dr. Matthias Haeussler, het Toekomstige Vlaggeschip van de Productie, Organisatie van het Onderzoek van de Commonwealth de Wetenschappelijke en Industriële (CSIRO), Australië
Overeenkomstige auteur: Matthias.Haeussler@csiro.au

De Meesten van de in de handel verkrijgbare zonnecellen van vandaag worden gemaakt van anorganische materialen zoals hoogst-gezuiverd silicium, dat hen duur en minder met andere energiebronnen zoals steenkool concurrerend maakt. De volgende generatie van zonnecellen zal licht, flexibel, aantrekkelijk zijn en het belangrijkst, goedkoop, omdat zij zullen van organische (plastic) materialen worden gemaakt. Hun flexibele lichtgewichteigenschappen zullen hen om over een brede waaier van nieuw toepassingen bijvoorbeeld meubilair toelaten worden opgesteld, bouwend componenten enz. toelatend dat de energie wordt geproduceerd waar het wordt gebruikt.

De Zonnecellen, riepen ook photovoltaic (PV) cellen door wetenschappers, omzetten direct zonlicht in elektriciteit. PV krijgt zijn naam van het proces om licht (fotonen) in elektriciteit (voltage) om te zetten, die het PV effect wordt genoemd.

De Plastic die zonnecellen uit organische halfgeleiders worden veroorzaakt bieden het potentieel aan om efficiënte zonne-energieomzetting met goedkope vervaardiging te leveren. Een belangrijke te overwinnen uitdaging is efficiency te verbeteren, is er een behoefte om licht-absorbeert materialen met efficiënte lastenscheiding en van het lastenvervoer eigenschappen te ontwikkelen en hen te vervaardigen in actieve lagen zonnecellen met een gecontroleerde nanomorphology.

Gelijkaardig aan apparaten van silicium worden gemaakt, bestaat de licht-absorbeert laag organische (OPV) photovoltaic cellen uit een p-type (elektronendonor, D) en n-type (elektronenacceptor, A) een materiaal, Figuur 1 die. Algemeen gebruikte die omvatten de p-type organische halfgeleiders polymeren op thiophene bouwstenen zoals P3HT, PBTTT, PCPDTBT worden gebaseerd.1 Beste zijn de n-type materialen tot dusver fullerene derivaten zoals PCBM en61 PDI geweest. Deze actieve laagsamenstelling wordt geklemd tussen een transparante anode (b.v. het oxyde van het indiumtin, ITO) en een metaal (b.v. aluminium, Al) kathode.

Cijfer. 1 het diagram van de Energie van een organische zonnecel die de processen betrokken bij het produceren van photocurrent tonen. Ook getoond worden de voorbeelden van typische p en n-type organische halfgeleiders.

om een last te produceren, wekt het inherente licht een elektron in het donormateriaal van zijn grond (of hoogste bezette moleculaire orbit - HOMO) aan de opgewekte staat (of laagste onbezette moleculaire orbit - LUMO) en bladeren achter een gat of een positieve last (Stap 1 in Fig. 1) op. Dit exciton reist dan naar de interface van DA, waar het een lastenoverdracht op het niveau LUMO van de acceptor (Stap 2) ondergaat. Het Vervoer van het elektron aan de elektrode en de nieuwe combinatie met het gat door de externe kring produceert photocurrent (Stap 3).

Één van de belangrijkste uitdagingen in organische materialen is hun inherent lage diëlektrische constante, die in de vrij korte lengten van de elektronenverspreiding in vergelijking met anorganische halfgeleiders resulteren.2 om een efficiënte elektronenoverdracht tussen de donor en de acceptor te bereiken is het noodzakelijk dat de twee materialen binnen 10 NM- nabijheids zijn (Fig. 2A). Nochtans, ondanks de gebruikelijke hoge absorptiecoëfficiënt van organische kleurstoffen, wordt een minimumdikte van 100 NM vereist om de lichtabsorptie te maximaliseren.

Deze moeilijkheid kan worden overwonnen door de interface tussen de donor en de acceptor te optimaliseren door de twee materialen in de verspreide of bulkheterojunction morfologie (BHJ) tijdens het vervaardigingsproces (Fig. 2B) te schikken. Dientengevolge, wordt een doordringend netwerk gevormd bestaand uit donor en acceptor-rijken domeinen met een hoog gebied tussen twee raakvlakken terwijl het verstrekken van kanalen voor lastenvervoer aan de elektroden (Fig. 2C).

Cijfer. 2 Regeling van (a) bilayer OPV, structureel gelijkend op traditionele anorganische zonnecellen, (b) ideal en (c) echte BHJ. De pijlen wijzen op wegen voor het lastenvervoer aan de elektroden.

Terwijl de meeste die prototypezonnecellen in het laboratorium worden ontwikkeld door of rotatie-met een laag bedekt of sublimatie worden vervaardigd, komt het echte potentieel voor de toekomstige generatie van de lage kostenmacht uit het feit dat die organische halfgeleiders bij hoog volume door bestaand commercieel reel-to-reel drukproces op groot gebieds flexibele substraten kunnen worden vervaardigd.3 De Wetenschappers en de ingenieurs rond de wereld zijn begonnen processen te ontwikkelen om dit doel te bereiken.

In Australië, hebben de onderzoekers van CSIRO (Organisatie van het Onderzoek van de Commonwealth de Wetenschappelijke en Industriële) het Toekomstige Vlaggeschip van de Productie, het partnering met nationale en internationale groepen, onlangs succesvolle drukproeven in samenwerking met Internationale Securency, een bedrijf van de bankbiljetdruk gemeld.4 Werkend bij volledige snelheid, zou de productie tot af:drukken hellend kunnen zijn 200 meters per min of een totaal van 100 kms per dag. Veronderstellend een gerichte 10% efficiency, zouden genoeg zonnecellen in vijf maanden kunnen worden afgedrukt om de gelijkwaardige elektriciteitsoutput van één gigawattkrachtcentrale (Fig. 3) te produceren.

Cijfer. 3 Flexibele organische zonnecellen op drukpers

Ondanks al voordelen en het enorm potentieel voor de generatie van de lage kostenmacht, zullen de organische zonnecellen voortdurende investering en verdere ontwikkeling nodig hebben om de markt van de consument in te gaan. In het bijzonder, moeten de vragen met betrekking tot de morfologie en stabiliteit op lange termijn van de organische materialen worden beantwoord. Niettemin, zullen de grote die vooruitzichten door organische zonnecellen worden aangeboden ons op een het opwekken reis naar milieuvriendelijke en duurzame machtsgeneratie in de toekomst leiden.


Verwijzingen

1. A.J. Moule en K. Meerholz de „controle van de Morfologie in de oplossing-verwerkte mengsels van de bulk-heterojunctionzonnecel“ Gingen Functionele Materialen 19 (2009) vooruit 3028-3036
2. B.A. organische Gregg en M.C. Vergelijken van Hanna „bij anorganische photovoltaic cellen: Theorie, experiment, en simulatie“ Dagboek van Toegepaste Fysica 93 (2003) 3605-3614
3. F.C. Vervaardiging van Krebs de „en verwerking van polymeerzonnecellen: Een overzicht van druk en deklaag de Materialen van de technieken“ Zonne-energie & Zonnecellen 93 (2009) 394-412
4. De versie van Media: het laatst betreden http://www.csiro.au/news/Trials-for-printable-plastic-solar-cells.html (Oktober 2009)

Copyright AZoNano.com, Dr. Matthias Haeussler (CSIRO)

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

Last Update: 13. June 2013 23:06

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit