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Fabricação de Dispositivos Fotovoltaicos Orgânicos

Dr. Matthias Haeussler, Capitânia Futura da Fabricação, Organização de Pesquisa Científica e Industrial da Comunidade (CSIRO), Austrália
Autor Correspondente: Matthias.Haeussler@csiro.au

A Maioria de células solares disponíveis no comércio de hoje são feitas dos materiais inorgánicos tais como o silicone alto-refinado, que os faz caros e menos competitivos com outras fontes de energia tais como o carvão. A próxima geração de células solares será luz, flexível, atractiva e mais importante ainda, baratas, porque serão feitos dos materiais (plásticos) orgânicos. Suas propriedades de pouco peso flexíveis permiti-los-ão de ser distribuídas sobre uma vasta gama de mobiliário das novas aplicações por exemplo, construindo os componentes Etc. permitindo a energia de ser gerado onde é usada.

Células solares, igualmente chamadas pilhas (PV) fotovoltaicos por cientistas, luz solar do converso directamente na electricidade. O PICOVOLT obtem seu nome do processo de luz de conversão (fotão) à electricidade (tensão), que é chamada o efeito do PICOVOLT.

As células solares Plásticas produzidas dos semicondutores orgânicos oferecem o potencial entregar a conversão de energia solar eficiente com fabricação barata. Um desafio principal a superar é melhorar a eficiência, há uma necessidade de desenvolver materiais deabsorção com separação eficiente da carga e de cobrar propriedades de transporte e de fabricá-las em camadas activas de células solares com um nanomorphology controlado.

Similar aos dispositivos feitos do silicone, a camada deabsorção de pilhas fotovoltaicos (OPV) orgânicas consiste em um p-tipo (doador de elétron, D) e um n-tipo (o autómato do elétron, A) material, Figura 1. p-tipo De uso geral semicondutores orgânicos inclui os polímeros baseados em blocos de apartamentos do thiophene tais como P3HT, PBTTT, PCPDTBT.1 O melhor n-tipo materiais tem sido até agora derivados do fullerene tais como PCBM61 e PDI. Este composto activo da camada é imprensado entre um ânodo transparente (por exemplo óxido do estanho do índio, ITO) e (por exemplo alumínio, Al) um cátodo metálico.

Figura. 1 diagrama de Energia de uma célula solar orgânica que mostra os processos envolvidos em gerar um photocurrent. Igualmente são mostrados os exemplos de p e do n-tipo típicos semicondutores orgânicos.

A fim gerar uma carga, a luz de incidente excita um elétron no material fornecedor de sua terra (ou do orbital molecular o mais altamente ocupado - HOMO) ao estado entusiasmado (ou ao mais baixo orbital molecular desocupado - LUMO) e das folhas atrás de um furo ou de uma carga positiva (Etapa 1 em Fig. 1). Este exciton viaja então à relação da DINAMARCA, onde se submete a transferência de carga ao nível de LUMO do autómato (Etapa 2). O Transporte do elétron ao eléctrodo e da recombinação com o furo através do circuito externo produz um photocurrent (Etapa 3).

Um dos desafios chaves em materiais orgânicos é sua inerente baixa constante dieléctrica, tendo por resultado os comprimentos de difusão relativamente curtos do elétron comparados aos semicondutores inorgánicos.2 A fim conseguir transferência eficiente do elétron entre o doador e o autómato é necessário que os dois materiais estão dentro da proximidade de 10 nanômetro (Figo. 2A). Contudo, apesar do coeficiente de absorção alto usual de tinturas orgânicas, uma espessura mínima de 100 nanômetro é exigida para maximizar a absorção de luz.

Este problema pode ser superado aperfeiçoando a relação entre o doador e o autómato arranjando os dois materiais em uma morfologia dispersada ou maioria (BHJ) da heterojunção durante o processo da fabricação (Figo. 2B). Em conseqüência, uma rede de interpenetração é formada que consiste nos domínios fornecedores e autómato-ricos com uma área interfacial alta ao fornecer os canais para o transporte da carga aos eléctrodos (Figo. 2C).

Figura. Esquema 2 (a) do bilayer OPV, estrutural similar às células solares inorgánicas tradicionais, (b) do ideal e (c) de BHJ real. As setas indicam caminhos para o transporte da carga aos eléctrodos.

Quando a maioria de células solares do protótipo desenvolvidas no laboratório forem fabricadas pelo rotação-revestimento ou pela sublimação, o potencial real para a produção de electricidade futura do baixo custo vem do facto de que aqueles semicondutores orgânicos podem ser manufacturados no volume alto com o processo de impressão bobina a bobina comercial existente em carcaças flexíveis da grande área.3 Os Cientistas e os coordenadores em todo o mundo começaram a desenvolver processos para conseguir este objetivo.

Em Austrália, os pesquisadores da Capitânia Futura da Fabricação dos CSIRO (Organização de Pesquisa Científica e Industrial da Comunidade), partnering com grupos nacionais e internacionais, têm relatado recentemente experimentações bem sucedidas da impressão em colaboração com o International de Securency, uma empresa de impressão da cédula.4 Operando-se à velocidade máxima, a produção podia ser ramped até a cópia 200 medidores pela acta ou um total de 100 kms pelo dia. Supor uma eficiência visada de 10%, bastante células solares poderiam ser imprimidas em cinco meses para gerar a saída equivalente da electricidade de uma central eléctrica do gigawatt (Fig. 3).

Figura. 3 células solares orgânicas Flexíveis na máquina impressora

Apesar das todas as vantagens e potencial enorme para a produção de electricidade do baixo custo, as células solares orgânicas precisarão de continuar o investimento e uma revelação mais adicional a fim entrar no mercado de consumidores. Em particular, as perguntas relacionaram-se à morfologia e a estabilidade a longo prazo dos materiais orgânicos tem que ser respondida. Não Obstante, as grandes perspectivas oferecidas por células solares orgânicas conduzir-nos-ão em uma viagem emocionante para a produção de electricidade a favor do meio ambiente e sustentável no futuro.


Referências

1. A.J. Moule e K. Meerholz da “controle Morfologia em misturas solução-processadas da célula solar da volume-heterojunção” Avançaram os Materiais Funcionais 19 (2009) 3028-3036
2. Comparação de B.A. Gregg e de M.C. Hanna “orgânica às pilhas fotovoltaicos inorgánicas: Teoria, experiência, e Jornal da simulação” da Física Aplicada 93 (2003) 3605-3614
3. Fabricação de F.C. Krebs “e processamento de células solares do polímero: Uma revisão dos Materiais da Energia Solar das técnicas da impressão e do revestimento” & das Células Solares 93 (2009) 394-412
4. Liberação de Media: http://www.csiro.au/news/Trials-for-printable-plastic-solar-cells.html (último Outubro de 2009 alcançado)

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

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

Last Update: 13. June 2013 23:36

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