Fabricering av Organiska Photovoltaic Apparater

Dr. Matthias Haeussler, Framtida Fabriks- Flaggskepp, Vetenskaplig och Industriell ForskningOrganisation för Commonwealth (CSIRO), Australien
Motsvarande författare: Matthias.Haeussler@csiro.au

Mest av dagens kommersiellt - tillgängliga sol- celler göras från oorganiska material liksom hög-renad silikon, som gör dem dyra och mindre konkurrenskraftiga med andra källor av energi liksom kol. Nästa generation av sol- celler ska är ljus, böjligt, attraktivt, och huvudsakligen, göras billigt pris, därför att de ska, från organiska (plast-) material. Deras ska böjliga lättvikts- rekvisita möjliggör dem som ska utplaceras över en lång räcka av inredning för nya applikationer som for example bygger delar Etc. möjliggöra energi som ska frambrings var den används.

Sol- celler som kallas också photovoltaic (PV) celler av forskare, omvändsolljus direkt in i elektricitet. PV får dess känt från det processaa av att konvertera lätt (fotoner) till elektricitet (spänning), som kallas PVEN verkställer.

Plast- sol- celler som produceras från organiska halvledare, erbjuder att det potentiellt ska leverera effektiv sol- energiomvandling med låg-kostar fabricering. En ha som huvudämneutmaning till betaget är att förbättra effektivitet, finns det ett behov att framkalla ljus-absorberande material med effektivt laddningsavskiljande och att ladda transportrekvisita och att fabricera dem in i aktivlagrar av sol- celler med en kontrollerad nanomorphology.

Liknande till apparater som göras från silikoner, består detabsorberande lagrar av organiska (OPV) photovoltaic celler, av entyp (elektronoljedosering, D), och entyp (elektronacceptor, A) som är materiell, Figurerar 1. Gemensamt använda p-typ organiska halvledare inkluderar polymrer som baseras på byggande kvarter för thiophene liksom P3HT, PBTTT, PCPDTBT.1 De bäst n-typ materialen har varit så långt fullerenederivata liksom PCBM61 och PDI. Denna aktivlagrarkomposit skjutas in mellan en genomskinlig anod (e.g indiumtinoxiden, ITO) och en metallisk (e.g aluminium, Al) katod.

Figurera. 1 Energidiagram av organisk sol- en cellvisning bearbetar involverat, i utveckling ett photocurrent. Också visas exempel av typiska organiska halvledare för p och n-typ.

För att frambringa en laddning, upphetsar den ljusa incidentet en elektron i oljedoseringen som är materiell från dess slipade (eller highest upptagna molekylära orbital - HOMO) till det upphetsad påstår (eller den lägsta unoccupied molekylära orbitalen - LUMO) och lämnar bak en spela golfboll i hål eller en realitetladdning (Kliva 1 i Fig. 1). Denna exciton reser därefter till DEN-A har kontakt, var den genomgår en laddningsöverföring till LUMOEN som är jämn av acceptorn (Kliva 2). Transport av elektronen till elektroden och återkombinationen med spela golfboll i hål till och med utsidan går runt producerar ett photocurrent (Kliva 3).

En av de nyckel- utmaningarna i organiska material är deras naturligt låga dielectric konstant och att resultera i förhållandevis kort elektrondiffusionslängder som jämförs till oorganiska halvledare.2 För att att uppnå en effektiv elektronöverföring mellan oljedoseringen och acceptorn är det nödvändigt att de två materialen är inom närhet för 10 nm (Fig. 2A). Emellertid krävs illviljan den vanliga kickabsorberingen som är samverka av organiska färger, en minimum tjocklek av 100 nm, för att maximera den ljusa absorberingen.

Detta problem kan vara betaget, genom att optimera ha kontakt mellan oljedoseringen och acceptorn, genom att ordna de två materialen i en skingrad eller bulk heterojunction (BHJ)morfologi under fabriceringen, bearbeta (Figen. 2B). Som ett resultat knyter kontakt tränga in i är bildat bestå av donor-, och acceptor-rika områden med för områdesstunder för kick mellan två ytor ge kanaliserar för laddningstransport till elektroderna (Fig. 2C).

Figurera. Intrig 2 av bilayer (A) OPV, structurally som är liknande till traditionella oorganiska sol- celler, ideal (B) och (C) verklig BHJ. Pilarna indikerar banor för laddningstransporten till elektroderna.

Stunder mest sol- celler för prototyp som framkallas i laboratoriumet fabriceras genom endera snurrande-att täcka, eller sublimation, det verkliga potentiellt för den framtida lowen kostar driver utvecklingen kommer från faktumet att de organiska halvledare är kompetent att tillverkas på kickvolym till och med existerande reklamfilmrulle-till-rullen printing som är processaa på böjliga substrates för stort område.3 Forskare och iscensätter runt om världen har börjat att framkalla bearbetar för att uppnå detta mål.

I Australien har forskare från det Framtida Fabriks- Flaggskeppet för CSIRO (den Vetenskapliga och Industriella ForskningOrganisationen för Commonwealthen) och att bli partner med med medborgare och landskampgrupper, för en tid sedan anmält lyckade printingförsök i samarbete med den Securency Landskampen, ett sedelprintingföretag.4 Fungera för fullt, kunde produktionen vara ramped upp till tryck 200 mäter per minut eller en slutsumma av 100 kms per dag. Anta en riktad 10% effektivitet, kunde nog sol- celler skrivas ut i fem månader för att frambringa den likvärdigt elektriciteten som tillverkades av en gigawattpowerstation (Fig. 3).

Figurera. 3 Böjliga organiska sol- celler på printingpressen

Illviljan alla fördelar och jättelikt potentiellt för low kostar driver utvecklingen, organiska sol- celler ska behov som fortsätter investering, och mer ytterligare utveckling för att att skriva in konsumenten marknadsför. I synnerhet ifrågasätter släkt till morfologi, och långsiktig stabilitet av de organiska materialen måste att svaras. Ändå leder de stora utsikterna som erbjuds av ska organiska sol- celler, oss på en spännande resa in mot miljövänligt, och hållbart driva utvecklingen i framtiden.


Hänvisar till

1. A.J. Moule och K. Meerholz ”Morfologi kontrollerar Avancerade Funktionella Material 19 i för lösning-bearbetade i stora partier-heterojunctionen sol- cellblandningar” (2009) 3028-3036
2. B.A. Gregg och M.C. Hanna ”Jämföra som är organiskt till oorganiska photovoltaic celler: Teorin, experiment och simulering” Förar Journal över av Applied Fysik 93 (2003) 3605-3614
3. F.C. Krebs ”Fabricering och bearbeta av sol- celler för polymer: En granska av printing och Material & Sol- Celler 93 för Energi för täckatekniker” Sol- (2009) 394-412
4. Massmediafrigörare: http://www.csiro.au/news/Trials-for-printable-plastic-solar-cells.html (sist som tas fram Oktober 2009)

Ta Copyrightt på AZoNano.com, Dr. Matthias Haeussler (CSIRO)

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

Last Update: 13. June 2013 23:46

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