生产有机光致电压的设备

马赛厄斯 Haeussler、将来的制造旗舰联邦科学和产业研究组织 (CSIRO),澳大利亚博士
对应的作者: Matthias.Haeussler@csiro.au

大多今天商业可用的太阳能电池由无机材料做例如高被净化的硅,使他们消耗大和较不竞争与其他能源例如采煤。 太阳能电池的下一代将是光,灵活,有吸引力的和最重要,便宜,因为他们由有机 (塑料) 材料将做。 他们灵活的轻量级属性将使他们部署在例如各种各样的新建应用程序陈设品,建立要素等使能源被生成使用的地方它。

太阳能电池,也称 (PV)光电池由科学家,转换阳光直接地到电里。 PV 从白光有其名字 (光子) 的进程电 (电压),称 PV 作用。

由有机半导体导致的塑料太阳能电池提供潜在提供与低价的制造的高效的太阳能转换。 解决的一个主要挑战是改进效率,有需要开发与高效的充电分隔的轻吸收的材料和充电输运性质和制造他们到太阳能电池有效的层与一受控 nanomorphology。

类似于由硅做的设备,有机光电池轻吸收的层 (OPV)包括 p 型 (给电子体, D) 和 n 型 (电子接受人, A) 材料,图 1. 常用的 p 型的有机半导体包括在噻吩构件基础上的聚合物例如 P3HT, PBTTT, PCPDTBT。1 最佳的 n 型的材料到目前为止是球碳衍生商品例如 PCBM61 和 PDI。 此有效的层综合将夹在中间在透明阳极 (即铟罐子氧化物, ITO) 和一个金属 (即铝, Al) 负极之间。

图。 显示进程的有机太阳能电池的 1 个能级图介入在生成 photocurrent。 并且显示典型的 p- 和 n 型的有机半导体的示例。

为了生成充电,入射光激发在施主材料的一个电子从其陆运 (或高度占用的分子轨道 - 拉人) 对受激态 (或最低的没人住的分子轨道 - LUMO) 并且忘记漏洞或一个正电荷 (在图 1) 的第1步。 此激子到 D-A 界面然后移动,它进行一个电荷转移到这个接受人 (第2)步的 LUMO 级别。 与漏洞的电子和再结合的运输对电极的通过外部电路生产一 photocurrent (第3)步。

其中一个在有机材料的关键挑战是他们的固有地低介电常数,造成相对地短的电子扩散长度与无机半导体比较。2 为了达到在这个服务供应商和这个接受人之间的高效的电子调用是必要的二材料在 10 毫微米接近度 (图 2A) 之内。 然而,尽管通常高吸收系数有机染料,一个最小的厚度 100 毫微米要求最大化光吸收。

在制造进程 (图 2B) 期间,此问题可以通过优选服务供应商和接受人之间的界面克服通过安排在 (BHJ)被分散的或批量异质结形态学的二材料。 结果,被形成包括与一个高界面积的一个贯穿的网络施主和接受人丰富的域,当提供通道为充电运输给电极时 (图 2C)。

图。 2 (a) bilayer OPV,结构上相似与传统无机太阳能电池, (b) 理想和 (c) 实际 BHJ 模式。 箭头指示充电运输的路到电极。

当在实验室里开发的多数还原太阳能电池由空转涂层或升华时制造,在将来的低成本发电的实际潜在来自这个情况那些有机半导体能被制造在大区灵活的基体的大容积通过现有的商业开盘式的晒印方法。3 科学家和工程师环球开始开发进程达到此目标。

在澳大利亚,从 CSIRO'S (联邦科学和产业研究组织) 将来的制造旗舰的研究员,成为伙伴与国家和国际组,最近报告了成功的打印试算与 Securency 国际,钞票印刷工司合作。4 运行全速,这个生产能是狂跳乱撞至打印每分钟 200 米或每天的总共 100 kms。 假设一张被瞄准的 10% 效率,足够的太阳能电池可能在五个月被打印生成等同的电输出一个千兆瓦发电站 (图 3)。

图。 在印刷机的 3 灵活的有机太阳能电池

尽管所有好处和极大潜在低成本发电,有机太阳能电池将需要继续投资和更加进一步的发展为了进入消费者市场。 特别是,问题与形态学关连,并且有机材料的长期稳定性必须被回答。 然而,有机太阳能电池提供的巨大潜在客户在往不伤环境和能承受的发电的一次扣人心弦的旅途在将来将导致我们。


参考

1. A.J. Moule 和 K. Meerholz “在解决方法被处理的批量项目货签异质结太阳能电池混合物的形态学控制”提前功能材料 19 (2009) 3028-3036
2. B.A. Gregg 和 M.C. 汉纳 “比较有机与无机光电池: 原理、实验和应用物理学 93 (2003) 3605-3614 模拟”日记帐
3. F.C. Krebs “制造和处理聚合物太阳能电池: 回顾打印和涂层技术”太阳能材料 & 太阳能电池 93 (2009) 394-412
4. 媒体发布: http://www.csiro.au/news/Trials-for-printable-plastic-solar-cells.html (被获取的前 2009 10月)

版权 AZoNano.com,马赛厄斯 Haeussler (CSIRO) 博士

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

Last Update: 13. June 2013 22:59

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