Organischer Semitransparent Foto-voltaischer Energie-Wandler (OSPEC) - eine Grüne Lösung zu den Heutigen Energiebedarfen

Professor Xiaomei Jiang, Nanostructure-Optoelektronik-Labor, Abteilung von Physik, Universität von Süd-Florida
Entsprechender Autor: xjiang@cas.usf.edu

Die Organischen Solarzellen oder organisches photovoltaics, die (OPV) auf konjugierten Polymeren basieren (z.B., poly-3-hexylthiophene, P3HT) und Fullerenederivaten (z.B., [6,6] - Phenyl- Methylester der Buttersäure C61, PCBM) haben Aufmerksamkeit in den letzten Jahrzehnten erregt, weil sie möglicherweise einen kosteneffektiven Weg zum breiten Gebrauch von Solarenergie für Generation der elektrischen Leistung zur Verfügung stellen. 1-3

Diese organischen Halbleiter haben den Vorteil des Seins chemisch flexibel für materielle Modifikationen, sowie mechanisch flexibel für das zukünftige von preiswertem, von großem Umfang aufbereitend wie Im Siebdruckverfahren herstellen oder Sprühen auf flexible Substratflächen. Die nächste Generation der Welt von Mikroelektronik wird durch „Plastikelektronik“ beherrscht möglicherweise und organische Solarzellen werden erwartet, um eine wichtige Rolle in diesen zukünftigen Technologien zu spielen. Abbildung 1 Shows eine Begriffszeichnung flexibler OPV-Reihe (oberes Panel) und das aktuelle Gerät auf HAUSTIER-Substratfläche (Unterschale)4.

Abbildung 1. Begriffszeichnung von flexibler OPV-Reihe (oberes Panel) und das aktuelle Gerät auf HAUSTIER-Substratfläche (Unterschale)

Der photo-voltaische Prozess in den organischen Solarzellengeräten besteht aus vier aufeinander folgenden Prozessen: Lichtabsorption, Excitonauflösung, Ladungstransport und Ladungssammlung: Absorption eines Photons stellt einen Exciton her (gesprungenes Elektron-Loch-Paar). Der Exciton diffundiert zur Schnittstelle von zwei verschiedenen Bauteilen, in denen Excitonauflösung oder -Ladungstrennung auftritt, gefolgt von der positiven Ladung (Löcher) bewegend auf die Anoden und negative Ladung (Elektronen) auf die Kathode. Abbildung 2 zeigt, wie Strom in OPV-Einheit erzeugt wird.

Abbildung 2. Wie Strom in organischer photovoltaics Einheit erzeugt (OPV) wird.

Einige Parameter bestimmen die Leistung einer Solarzelle nämlich die Offenschaltung Spannung (V)oc, schließen Strom (i)sc und den so genannten Füllefaktor (FF) kurz. Das Gesamtenergieaufbereitungs-Leistungsfähigkeit η wird als η = definiert (FF)•scoc(IV)/P.m In den letzten zehn Jahren ist OPV-Leistungsfähigkeit beträchtlich bis über 5% in der Einzelzelle und3,5 1% in den Abschnitten,5 wegen eines besseren Verständnisses von Einheitsphysik verbessert worden, der Optimierung der Einheit ausführend und der Entwicklungen von neuen Materialien2,3,6.

Jedoch werden die meisten solcher OPV-Einheiten in den Labors mit Fälschung Prozessmiteinbeziehendrehbeschleunigungbeschichtung für photoactive Schicht und den Gebrauch von Hochvakuum, die Kathode abzugeben entwickelt. Diese herkömmliche Technik begrenzt das wirkliche Potenzial von OPV im Handelsmarkt: preiswerte Herstellung, verarbeitbare und hohe Produktionskinetik der Lösung7.

Vor Kurzem sind weltweite Forschungsaufwände auf dem Entwickeln des transparenten Kontaktes gewesen, der auf geändertem Poly basiert (3,4ethylenedioxythiophene): Poly (styrenesulfonate) (PEDOT: PSS-) Lösung8. Für Massenproduktion sind9 Siebdruck, Tintenstrahl10drucken und11 das Sprühen größtenteils in OPV-Einzelzellen demonstriert worden.

Organischer Semitransparent Foto-voltaischer Energie-Wandler oder abgekürzt, da OSPEC eine Neuheit ist, da es drei Merkmale OPV kombiniert: die verarbeitbare Lösung, Staub saugen freies und umfangreiches kompatibles. OSPEC verwendet eine spezielle Spraytechnik, die von den Forschern im Nanostructure-Optoelektronik-Labor in USF entwickelt wird und tut sich mit New Energy Technologies, Inc und Hightech- Korridor Floridas zusammen, um OPV-Blöcke mit transparenten Kontakten zu fabrizieren12. Abbildung 3a zeigt eine Arbeits-OSPEC-Reihe, und 3b ist seine Strom-Spannungscharakteristiken. Die Gesamtenergieaufbereitungs-Leistungsfähigkeit ist 0,42% unter 1 Sonnenstrahlen.

Abbildung 3. (a) OSPEC-Reihe Arbeits-, (b) seine Strom-Spannungscharakteristiken.

OSPEC ist eine „grüne“ Lösung für heutige Energiebedarfe. Es hat verschiedene Anwendungen besonders in aufbauenden integrierten photo-voltaischen Produkten. Die Meisten herkömmlichen Solarzellen bestehen Siliziumscheiben, eine spröde undurchsichtige Substanz, die begrenzt, wie sie verwendet werden können. Zum Beispiel auf Fenstertechnologie, in der Transparenz eine Schlüsselfrage ist, kann OSPEC semitransparent gemacht werden; weiter mehr, OSPEC führt besser als Solarzellen des Silikons unter Umgebungslicht13durch, das neue Gelegenheiten für Innenanwendungen anbietet.


Bezug

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13. X.Jiang et.al., unveröffentlichte Arbeit; Proc. Von IEEE Vol. 93, No.8, 1429(2005); A.Jäger-Waldau, „PV-Bericht über den derzeitigen Stand 2003“ Institut für Umgebung und Nachhaltigkeit, Eur. Kommission, 2003

Copyright AZoNano.com, Professor Xiaomei Jiang (Universität von Süd-Florida)

Date Added: Dec 20, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:13

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