有機性 Semitransparent 光起電エネルギーコンバーター (OSPEC) - 今日のエネルギー需要への緑の解決

Xiaomei 江の Nanostructure の光電子工学の実験室物理学南フロリダの大学の部門教授
対応する著者: xjiang@cas.usf.edu

電力生成に太陽エネルギー (OPV)の広い使用に費用有効ルートを提供するかもしれないので活用されたポリマー (例えば、 P3HT 多3 hexylthiophene) およびフラーレンの派生物 (例えば、 [6,6] - フェニル基 C61 の酪酸のメチルエステル、 PCBM) に基づく有機性太陽電池か有機性 photovoltaics は過去何十年かにわたって注意を引き付けました。 1-3

これらの有機性半導体に物質的な修正のために化学的に適用範囲が広く、また適用範囲が広い基板のスクリーン印刷するか、または噴霧のような処理する低価格、大規模の将来のために機械的に適用範囲が広い利点があります。 世界のマイクロエレクトロニクスの次世代は 「プラスチック電子工学」によって支配されるかもしれ、これらの未来の技術の重要な役割を担うと有機性太陽電池は期待されます。 ペット基板 (より低いパネル) の図 1 ショー適用範囲が広い OPV のアレイ (上部のパネル) の概念的なデッサンおよび実機器4

図 1. 適用範囲が広い OPV のアレイ (上部のパネル) の概念的なデッサンおよびペット基板 (より低いパネル) の実機器

有機性太陽電池装置の光起電プロセスは 4 つの連続的なプロセスから成っています: 光吸収、励起子の分離、料金の輸送および料金のコレクション: 光子の吸収は励起子 (区切られた電子穴のペア) を作成します。 励起子は陰極に陽極および負電荷 (電子) に移動する正電荷 (穴) に先行している励起子の分離か料金の分離が発生する 2 つのコンポーネントのインターフェイスに、拡散します。 電気が OPV 装置でどのように生成されるか図 2 は示します。

図 2。 電気が有機性 photovoltaics 装置でどのように (OPV)生成されるか。

複数のパラメータは太陽電池、 (v) 即ち、オープン回路の電圧のパフォーマンスを定めましたりoc、流れ (i)、scおよびいわゆる盛り土の要因をショートさせます (FF)。 全面的な力の変換効率のηはηと = 定義されます (FF)•scoc(IV)/P.m ここ十年間、 OPV の効率は単一セルの 5% および装置物理学のよりよい3,5 設計する理解、装置5の最適化および新しい材料の開発のためにサブモジュールの 1% ににかなり、改善されました2,3,6

ただし陰極を沈殿させる、そのような OPV 装置のほとんどは高真空の photoactive 層そして使用のための製造のプロセス包含回転コーティングが付いている実験室で発達します。 この慣習的な技術は商業マーケットの OPV の実質の潜在性を限定します: 低価格の製造業、解決の processable および高い生産レート7

最近、世界的な研究活動は修正された多に基づいて透過接触の開発にありました (3,4ethylenedioxythiophene): 多 (styrenesulfonate) (PEDOT: PSS の) 解決8。 大規模の生産のために、スクリーンの印刷9、インクジェット印刷10および噴霧は11 OPV の単一セルで大抵示されました。

OPV の 3 つの機能を結合するので OSPEC が新型であるので有機性 Semitransparent 光起電エネルギーコンバーターまたは短縮される: processable 解決は自由で、大規模な互換性があるに掃除機をかけます。 OSPEC は透過接触が付いている OPV のモジュールを製造するために新しいエネルギー技術、株式会社およびフロリダのハイテクな通路と組む USF の Nanostructure の光電子工学の実験室の研究者が開発する特別なスプレーの技術を利用します12。 図 3a は働く OSPEC のアレイを示し、 3b は現在電圧特性です。 全面的な力の変換効率は 1 太陽の放射照度以下 0.42% です。

OSPEC のアレイを働かせる図 3. (a) (b) 現在電圧特性。

OSPEC は今日のエネルギー需要のための 「緑の」解決です。 それに構築の統合された光起電製品でさまざまなアプリケーションが特にあります。 ほとんどの慣習的な太陽電池はシリコンの薄片、限定する壊れやすく不透明な物質からどのように使用することができるか成っています。 例えば、過透性が重要な問題である Windows の技術で、 OSPEC は semitransparent 作ることができます; 更に多くは、 OSPEC 屋内アプリケーションのための新しい機会を提供する包囲されたライト13の下でシリコン太陽電池よりよく行います。


参照

1. G. Yu、 J. 高、 J.C. Hummelen、 F. Wudl、および A.J. Heeger の科学 270 1789 (1995 年)。
2. S.E. Shaheen、 C.J. Brabec、 N.S. Sariciftci、 F. Padinger、 T. Fromherz、および J.C. Hummelen、 Appl。 Phys。 Lett。 78、 841 (2001 年)。
3. 15W. Ma、 C. ヤン、 X. Gong、 K. リー、および A.J. Heeger の ADV。 Funct。 Mater。 15 1617 (2005 年)。
4. J. ルイス、 J. チャンおよび X. 江の microelectromechanical システムのアプリケーションのための有機性太陽光線を集めるためのアンテナの製造、回復可能な、支持できるエネルギー 1、 Vol. 1 (2009 年) のジャーナル。
5. マーティン A. Green のキースのエメリー、 Y. Hishikawa および W. Warta、 Prog。 Photovolt: Res. Appl. 2008 年; 16:435-440 の太陽電池の効率表 (バージョン 32)、
6. Y. 梁、 Y. ウー、 D. Feng、 S. Tsai、 H. Son、 G. 李、および L. Yu の高性能の太陽電池のための新しい半導体ポリマーの開発、 J. AM。 CHEM. SOC. 2009 年、 131、 56-57。
7. F.C. Krebs の 「ポリマー太陽電池の製造そして処理: 印刷およびコーティングの技術の」太陽エネルギー材料及び太陽電池 93 の検討 (2009 年) 394-412
8. 黄 et.al。 ADV。 Mater。 20、 415 2008 年、
9. Shaheen et.al。 APL 79、 2996 2001 年
10. T. Aernouts の a_ T. Aleksandrov、 C. Girotto、 J. Genoe、および J. Poortmans のインクジェットによって印刷される実行中の層を使用してポリマーによっては基づく有機性太陽電池、応用物理 92、 033306 に文字を入れます (2008 年)
11. Lim et.al。 APL. 93、 193301 2008 年
12. 米国の仮のパテント # 12/630,398。
13. X.Jiang et.al。、出版されていない作業; Proc。 IEEE の、 Vol. 93、 No.8、 1429(2005); A.Jäger-Waldau、環境および持続性、 Eur のための 「PV 状態報告 2003 年」の協会。 任務 2003 年

、版権 AZoNano.com Xiaomei 江 (南フロリダの大学) 教授

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

Last Update: 13. June 2013 23:20

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