Convertisseur Photovoltaïque Semi-transparent Organique d'Énergie (OSPEC) - Une Solution Verte aux Besoins Énergétiques D'aujourd'hui

Professeur Xiaomei Jiang, Laboratoire d'Optoélectronique de Nanostructure, Département de Physique, Université de la Floride Du Sud
Auteur Correspondant : xjiang@cas.usf.edu

Les piles solaires Organiques ou le photovoltaics organique (OPV) basé sur les polymères conjugués (par exemple, poly-3-hexylthiophene, P3HT) et les dérivés de fullerene (par exemple, [6,6] - ester méthylique phénylique d'acide C61 butyrique, PCBM) ont attiré l'attention pendant les décennies passées parce qu'elles peuvent fournir une artère rentable à l'utilisation large de l'énergie solaire pour le rétablissement de courant électrique. 1-3

Ces semi-conducteurs organiques ont l'avantage d'être chimiquement flexibles pour des modifications matérielles, ainsi que mécaniquement flexibles pour l'estimatif du petit prix, large échelle traitant comme l'écran-impression ou pulvérisant sur les substrats flexibles. Le prochain rétablissement du monde de la microélectronique peut être dominé par « l'électronique en plastique » et on s'attend à ce que des piles solaires organiques jouent un rôle majeur en ces technologies d'avenir. Le Schéma 1 expositions un retrait conceptuel d'alignement flexible d'OPV (Commission supérieure) et le dispositif réel sur le substrat d'ANIMAL FAMILIER (Commission inférieure)4.

Le Schéma 1. retrait Conceptuel de l'alignement flexible d'OPV (Commission supérieure) et le dispositif réel sur le substrat d'ANIMAL FAMILIER (Commission inférieure)

Le procédé photovoltaïque dans des dispositifs de pile solaire organiques se compose de quatre procédés successifs : absorption de la lumière, dissociation d'exciton, transport de charge, et ramassage de charge : l'absorption d'un photon produit un exciton (paire liée d'électron-trou). L'exciton diffuse à la surface adjacente de deux composants différents, où la dissociation d'exciton ou la séparation de charge se produit, suivie des charges positives (trous) déménageant aux anodes et des charges négatives (électrons) à la cathode. Le Schéma 2 explique comment l'électricité est produite dans le dispositif d'OPV.

Le Schéma 2. Comment l'électricité est produite dans le dispositif organique (OPV) de photovoltaics.

Plusieurs paramètres déterminent la performance d'une pile solaire, à savoir, la tension à circuit ouvert (v)oc, se mettent en court-circuit le courant (i)sc, et le soi-disant facteur de remplissage (FF). Le η général d'efficience de conversion de puissance est défini comme η = (les FF)•scoc(IV)/P.m Au cours de la dernière décennie, l'efficience d'OPV a été sensiblement améliorée à plus de 5% dans la cellule3,5 et 1% dans des sous-modules5, dû à une meilleure compréhension de la physique de dispositif, à l'optimisation du dispositif concevant et aux développements des matériaux neufs2,3,6.

Cependant, la plupart de tels dispositifs d'OPV sont développées dans les laboratoires avec la rotation-couche concernante de processus de fabrication pour la couche sensible à la lumière et l'usage du vide poussé de déposer la cathode. Cette technique conventionnelle limite le potentiel réel d'OPV sur le marché : fabrication bonne marchée, cadence de fabrication traitable et élevée de solution7.

Récent, les efforts de recherche mondiaux ont été sur développer le contact transparent basé sur poly modifié (3,4ethylenedioxythiophene) : poly (styrenesulfonate) (PEDOT : Solution de PSS)8. Pour la production de large échelle, l'impression d'écran9, l'impression de jet d'encre10 et la pulvérisation11 ont été expliquées en grande partie dans des cellules d'OPV.

Convertisseur Photovoltaïque Semi-transparent Organique d'Énergie ou abrégé car OSPEC est une nouveauté puisqu'il combine trois caractéristiques techniques d'OPV : la solution traitable, nettoient à l'aspirateur compatible libre et de grande puissance. OSPEC emploie une technique spéciale de pulvérisateur développée par des chercheurs dans le Laboratoire d'Optoélectronique de Nanostructure dans USF, partnering avec New Energy Technologies, Inc et le Couloir De Pointe de la Floride, pour fabriquer des modules d'OPV avec les contacts transparents12. La Figure 3a affiche un alignement fonctionnant d'OSPEC, et 3b est ses caractéristiques courant-tension. L'efficience générale de conversion de puissance est 0,42% au-dessous de 1 irradiance du soleil.

Le Schéma 3. (a) Fonctionnant l'alignement d'OSPEC, (b) ses caractéristiques courant-tension.

OSPEC est une solution « verte » pour des besoins énergétiques d'aujourd'hui. Il a des applications variées en particulier dans les produits photovoltaïques intégrés par bâtiment. La Plupart Des piles solaires conventionnelles se composent des disques de silicium, une substance opaque fragile qui limite comment elles peuvent être utilisées. Par exemple, sur la technologie d'hublot où la transparence est une question clé, OSPEC peut être rendu semi-transparent ; davantage plus, OSPEC exécute mieux que les piles solaires de silicium sous la lumière ambiante13, qui procure des occasions neuves aux applications d'intérieur.


Référence

1. G. Yu, J. Gao, J.C. Hummelen, F. Wudl, et A.J. Heeger, la Science 270, 1789 (1995).
2. S.E. Shaheen, C.J. Brabec, N.S. Sariciftci, F. Padinger, T. Fromherz, et J.C. Hummelen, APPL. Phys. Lett. 78, 841 (2001).
3. 15W. Mamans, C. Yang, X. Gong, K. Lee, et A.J. Heeger, Adv. Funct. Mère. 15, 1617 (2005).
4. J. Lewis, J. Zhang et X. Jiang, Fabrication d'alignement solaire organique pour des applications dans des systèmes microelectromechanical, Tourillon de l'Énergie Renouvelable et Viable 1, Vol. 1 (2009).
5. Martin A. Green, Émeri de Keith, Y. Hishikawa et W. Warta, Prog. Photovolt : Recherche. APPL. 2008 ; 16:435-440, Tableaux d'Efficience de Pile Solaire (Version 32),
6. Y. Liang, Y. Wu, D. Feng, S. Tsai, H. Son, G. Li, et L. Yu, Développement des Polymères Semi-conducteurs Neufs pour les Piles Solaires de Haute Performance, J. AM. CHIM. SOC. 2009, 131, 56-57.
7. Fabrication de F.C. Krebs « et traitement des piles solaires de polymère : Un examen de l'impression et des Matériaux À énergie solaire et des Piles Solaires 93 de techniques de couche » (2009) 394-412
8. Huang et.al. Adv. Mère. 20, 415, 2008,
9. Shaheen et.al. APL 79, 2996, 2001
10. T. Aernouts, a_ T. Aleksandrov, C. Girotto, J. Genoe, et J. Poortmans, piles solaires organiques basées de Polymère utilisant des couches actives estampées par jet d'encre, PHYSIQUE APPLIQUÉE MARQUE AVEC DES LETTRES 92, 033306 (2008)
11. Lim et.al. APL. 93, 193301, 2008
12. Brevet provisoire des USA # 12/630,398.
13. X.Jiang et.al., travail non publié ; Proc. D'IEEE, Vol. 93, No.8, 1429(2005) ; A.Jäger-Waldau, Institut du rapport sur l'état d'avancement des travaux de PICOVOLTE « 2003 » pour l'environnement et l'aptitude à soutenir des opérations prolongées, EUR. La Commission, 2003

Droit d'auteur AZoNano.com, Professeur Xiaomei Jiang (Université de la Floride Du Sud)

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

Last Update: 13. June 2013 23:10

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