Изготовление Органических Фотовольтайческих Приборов

Др. Matthias Haeussler, Будущий Корабль- Флагман Изготавливания, Государство Научное и Научно-исследовательская Организачия Исследований в Области Промышленности (CSIRO), Австралия
Соответствуя автор: Matthias.Haeussler@csiro.au

Большой Часть из сегодняшних имеющих на рынке фотоэлементов сделана от неорганических материалов как высок-очищенный кремний, который делает их дорогим и более менее конкурсным с другими источниками энергии как уголь. Следующее поколени фотоэлементов будет светом, гибко, привлекательно и наиболее важно, дешево, потому что они будут сделаны от органических (пластичных) материалов. Их гибкие облегченные свойства позволят они быть раскрынным над широким диапазоном меблировк новых применений например, строя компоненты Etc. позволяющ энергия быть произведенным где она использована.

Фотоэлементы, также вызванные фотогальваническими элементами научными работниками, солнечним светом новообращенного сразу в электричество. PV получает свое имя от процесса белого огня (фотонов) к электричеству (напряжению тока), которое вызвано влиянием PV.

Пластичные фотоэлементы произведенные от органических полупроводников предлагают потенциал поставить эффективное преобразование солнечной энергии с недорогим изготовлением. Главная возможность, котор нужно отжать улучшить эффективность, потребность начать свет-поглощая материалы с эффективным разъединением обязанности и поручить свойства перехода и изготовить их в активные слои фотоэлементов с контролируемым nanomorphology.

Подобно к приборам сделанным от кремния, свет-поглощая слой органических фотогальванических элементов (OPV) состоит из p-типа (дарителя электрона, D) и n-тип (акцептор электронов, A) материал, Диаграмма 1. Обыкновенно используемый p-тип органические полупроводники включает полимеры основанные на строительных блоках тиофена как P3HT, PBTTT, PCPDTBT.1 Самый лучший n-тип материалы до тех пор производные fullerene как PCBM61 и PDI. Эта активная смесь слоя прослоена между прозрачным анодом (например окисью олова индия, ITO) и металлическим (например алюминий, Al) катодом.

Диаграмма. 1 Диаграмма энергии органического фотоэлемента показывая процессы, котор включили в производить photocurrent. Также показаны примеры типичных p- и n-типа органических полупроводников.

Для того чтобы произвести обязанность, свет случая возбуждает электрон в donor материале от своей земли (или наиболее высоко занятой молекулярной орбитали - ГОМО) к excited положению (или самой низкой unoccupied молекулярной орбитали - LUMO) и листьев за отверстием или положительной обязанностью (Разделом 1 в FIG. 1). Этот экситон после этого перемещает к интерфейсу D-A, где он проходит переход обязанности к уровню LUMO акцептора (Раздела 2). Переход электрона к электроду и рекомбинации с отверстием через внешнюю цепь производит photocurrent (Раздел 3).

Одна из ключевых возможностей в органических материалах их по существу низкая диэлектрическая константа, приводящ к в относительно коротких длинах диффузии электронов сравненных к неорганическим полупроводникам.2 Достигнуть эффективного обмена электрона между дарителем и акцептором необходимо что 2 материала не познее близость 10 nm (FIG. 2A). Однако, несмотря на обычный высокий показатель поглощения органических красок, необходима, что увеличивает минимальная толщина 100 nm светлую абсорбциу.

Эта проблема может быть отжата путем оптимизировать интерфейс между дарителем и акцептором путем аранжировать 2 материала в разметанном или навальном словотолковании (BHJ) гетероперехода во время процесса изготовления (FIG. 2B). В результате, взаимопроникая сеть сформированные домены состоять из donor- и акцептор-богатые люди с высокой площадью границы раздела пока каналы для перехода обязанности электроды (FIG. 2C).

Диаграмма. Схема 2 bilayer (A) OPV, структурно подобного к традиционным неорганическим фотоэлементам, идеалу (B) и (C) реальному BHJ. Стрелки показывают тропа для перехода обязанности к электродам.

Пока большинств фотоэлементы прототипа начатые в лаборатории изготовлены или закрутк-покрытием или сублимацией, реальный потенциал для будущего производства электроэнергии низкой цены приходит от факта что те органические полупроводники могл быть изготовленным на высокообъемном сквозном существующем коммерчески процессе печатания вьюрк-к-вьюрка на субстратах обширного района гибких.3 Научные Работники и инженеры вокруг мира начинали начинать процессы для того чтобы достигнуть этой цели.

В Австралии, исследователя от Корабля- Флагмана Изготавливания CSIRO (Государства Научно-исследовательская Организачия Научных и Исследований в Области Промышленности) Будущего, с соотечественником и интернациональными бригадами, недавно сообщали успешные пробы печатания в сотрудничестве с International Securency, компанией печатания кредитки.4 Работающ на полной скорости, продукция смогла быть ramped до печати 200 метров в минуту или итог 100 kms в день. Принимающ пристрелнную эффективность 10%, достаточные фотоэлементы смогли быть напечатаны в 5 месяцах для того чтобы произвести соответствующую выработку энергии одного трансформатора gigawatt (FIG. 3).

Диаграмма. 3 Гибких органических фотоэлемента на печатном станке

Несмотря На полностью преимущества и преогромный потенциал для производства электроэнергии низкой цены, органическим фотоэлементам будет нужно продолжать облечение и более дальнеишее развитие для того чтобы вписать потребительский рынок. В частности, вопросы отнесли к словотолкованию и долгосрочная стабильность органических материалов должна быть отвечена. Однако, большие перспективности предложенные органическими фотоэлементами ведут нас на exciting путешествии к благоприятный для экологии и устойчивый производству электроэнергии в будущем.


Справки

1. A.J. Moule и K. Meerholz «управление Словотолкования в разрешени-обрабатываемых смесях фотоэлемента больш-гетероперехода» Выдвинули Функциональные Материалы 19 (2009) 3028-3036
2. Сравнивать B.A. Gregg и M.C. Hanna «органический к неорганическим фотогальваническим элементам: Теория, эксперимент, и Журнал имитации» Прикладной Физики 93 (2003) 3605-3614
3. Изготовление F.C. Krebs «и обрабатывать фотоэлементов полимера: Просмотрение Материалов Солнечной Энергии методов печатания и покрытия» & Фотоэлементов 93 (2009) 394-412
4. Отпуск Средств: http://www.csiro.au/news/Trials-for-printable-plastic-solar-cells.html (последний достиганный Октябрь 2009)

Авторское Право AZoNano.com, Др. Matthias Haeussler (CSIRO)

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

Last Update: 13. June 2013 23:39

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