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Conversor Fotovoltaico Semitransparent Orgânico da Energia (OSPEC) - Uma Solução Verde às Necessidades de Energia De Hoje

Professor Xiaomei Jiang, Laboratório da Óptica Electrónica de Nanostructure, Departamento de Física, University of South Florida
Autor Correspondente: xjiang@cas.usf.edu

As células solares Orgânicas ou o photovoltaics orgânico (OPV) baseadas nos polímeros conjugados (por exemplo, poly-3-hexylthiophene, P3HT) e nos derivados do fullerene (por exemplo, [6,6] - éster metílico de ácido butírico do phenyl C61, PCBM) atraíram a atenção sobre as décadas passadas porque podem fornecer uma rota eficaz na redução de custos ao uso largo da energia solar para a geração de corrente eléctrica. 1-3

Estes semicondutores orgânicos têm a vantagem de ser quimicamente flexíveis para alterações materiais, assim como mecanicamente flexíveis para o em perspectiva da escala barata, grande que processa como a tela-impressão ou que pulveriza em carcaças flexíveis. A próxima geração do mundo de microeletrônica pode ser dominada “pela eletrônica plástica” e as células solares orgânicas são esperadas jogar um papel importante nestas tecnologias futuras. Figura 1 mostras um desenho conceptual da disposição flexível de OPV (painel superior) e o dispositivo real na carcaça do ANIMAL DE ESTIMAÇÃO (mais baixo painel)4.

Figura 1. desenho Conceptual da disposição flexível de OPV (painel superior) e o dispositivo real na carcaça do ANIMAL DE ESTIMAÇÃO (mais baixo painel)

O processo fotovoltaico em dispositivos orgânicos da célula solar consiste em quatro processos sucessivos: absorção de luz, dissociação do exciton, transporte da carga, e coleção da carga: a absorção de um fotão cria um exciton (par limitado do elétron-furo). O exciton difunde à relação de dois componentes diferentes, onde a dissociação do exciton ou a separação da carga ocorrem, seguida pelas cargas positivas (furos) que movem-se para os ânodos e por cargas negativas (elétrons) para o cátodo. Figura 2 demonstra como a electricidade é gerada no dispositivo de OPV.

Figura 2. Como a electricidade é gerada no dispositivo orgânico (OPV) do photovoltaics.

Diversos parâmetros determinam o desempenho de uma célula solar, a saber, a tensão do aberto-circuito (v)oc, procuram um caminho mais curto a corrente (i)sc, e o factor assim chamado da suficiência (FF). O η total da eficiência de conversão da potência é definido como o η = (os FF)•scoc(IV)/P.m Ao longo da última década, a eficiência de OPV foi melhorada significativamente sobre a 5% na única pilha3,5 e a 1% nos submódulos5, devido a uma compreensão melhor da física do dispositivo, à optimização do dispositivo que projetam e às revelações de materiais novos2,3,6.

Contudo, a maioria de tais dispositivos de OPV são desenvolvidos nos laboratórios com o processo da fabricação que envolve o rotação-revestimento para a camada photoactive e o uso do vácuo alto depositar o cátodo. Esta técnica convencional limita o potencial real de OPV no mercado comercial: fabricação barata, taxa a tratar e alta da solução de produção7.

Recentemente, os esforços de pesquisa mundiais estiveram em desenvolver o contacto transparente baseado em poli alterado (3,4ethylenedioxythiophene): poli (styrenesulfonate) (PEDOT: Solução de PSS)8. Para a produção da grande escala, a impressão da tela9, a impressão do Inkjet10 e a pulverização11 foram demonstradas na maior parte em únicas pilhas de OPV.

Conversor Fotovoltaico Semitransparent Orgânico da Energia ou abreviado porque OSPEC é uma novidade desde que combina três características de OPV: a solução a tratar, limpa compatível livre e em grande escala. OSPEC utiliza uma técnica especial do pulverizador desenvolvida por pesquisadores no Laboratório da Óptica Electrónica de Nanostructure em USF, partnering com Tecnologias de New Energy, Inc e Corredor da Alta Tecnologia de Florida, para fabricar os módulos de OPV com contactos transparentes12. A Figura 3a mostra uma disposição de trabalho de OSPEC, e 3b é suas características da actual-tensão. A eficiência de conversão total da potência é 0,42% sob 1 irradiação do sol.

Figura 3. (a) que Trabalha a disposição de OSPEC, (b) suas características da actual-tensão.

OSPEC é uma solução “verde” para necessidades de energia de hoje. Tem várias aplicações particularmente em produtos fotovoltaicos integrados construção. A Maioria de células solares convencionais são compo de bolachas de silicone, uma substância opaca frágil que limite como podem ser usadas. Por exemplo, na tecnologia do indicador onde a transparência é uma questão básica, OSPEC pode ser feito semitransparent; mais mais, OSPEC executa melhor do que células solares do silicone sob a luz ambiental13, que oferece oportunidades novas para aplicações internas.


Referência

1. G. Yu, J. Gao, J.C. Hummelen, F. Wudl, e A.J. Heeger, Ciência 270, 1789 (1995).
2. S.E. Shaheen, C.J. Brabec, N.S. Sariciftci, F. Padinger, T. Fromherz, e J.C. Hummelen, Appl. Phys. Lett. 78, 841 (2001).
3. 15W. Miliampère, C. Yang, X. Gongo, K. Lee, e A.J. Heeger, Adv. Funct. Mater. 15, 1617 (2005).
4. J. Lewis, J. Zhang e X. Jiang, Fabricação da disposição solar orgânica para aplicações em sistemas microelectromechanical, Jornal da Energia Renovável e Sustentável 1, Vol. 1 (2009).
5. Martin A. Verde, Esmeril de Keith, Y. Hishikawa e W. Warta, Prog. Photovolt: Res. Appl. 2008; 16:435-440, Tabelas da Eficiência da Célula Solar (Versão 32),
6. Y. Liang, Y. Wu, D. Feng, S. Tsai, H. Filho, G. Li, e L. Yu, Revelação de Polímeros Semiconducting Novos para Células Solares do Elevado Desempenho, J. AM. CHEM. SOC. 2009, 131, 56-57.
7. Fabricação de F.C. Krebs “e processamento de células solares do polímero: Uma revisão dos Materiais da Energia Solar das técnicas da impressão e do revestimento” & das Células Solares 93 (2009) 394-412
8. Huang et.al. Adv. Mater. 20, 415, 2008,
9. Shaheen et.al. APL 79, 2996, 2001
10. T. Aernouts, a_ T. Aleksandrov, C. Girotto, J. Genoe, e J. Poortmans, as células solares orgânicas baseadas Polímero que usam camadas activas impressas Inkjet, FÍSICA APLICADA ROTULA 92, 033306 (2008)
11. Lim et.al. APL. 93, 193301, 2008
12. Patente provisória dos E.U. # 12/630,398.
13. X.Jiang et.al., trabalho não-publicado; Proc. De IEEE, Vol 93, No.8, 1429(2005); A.Jäger-Waldau, do “Instituto do relatório de estado 2003 PICOVOLT” para o ambiente e a sustentabilidade, EUR. Comissão, 2003

Copyright AZoNano.com, Professor Xiaomei Jiang (University of South Florida)

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

Last Update: 13. June 2013 23:36

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