有机半透明的光致电压的能源交换器 (OSPEC) - 对今天能源需求的绿色解决方法

Xiaomei 江, Nanostructure 光电子学实验室物理系教授,南佛罗里达大学
对应的作者: xjiang@cas.usf.edu

在被共轭的聚合物 (即, (OPV)多3 hexylthiophene, P3HT) 和球碳衍生商品或有机 photovoltaics 的有机太阳能电池 (即, [6,6] - 苯基的 C61 丁酸甲基酯, PCBM) 基础上受到了注意在过去十年期间,因为他们可能提供一个有效途径给对太阳能的宽使用为发电。 1-3

这些有机半导体有好处的是化工灵活为物质修改,以及机械上灵活的为处理例如放映式打印或喷洒的预期低价,大规模在灵活的基体。 微电子学的世界的下一代可能由 “塑料电子”控制,并且有机太阳能电池在这些将来的技术预计扮演重要作用。 在宠物基体 (更低的面板) 的图 1 显示一张概念性图画灵活的 OPV 列阵 (上面的面板) 和实际设备4

图 1. 概念性图画灵活的 OPV 列阵 (上面的面板) 和在宠物基体 (更低的面板) 的实际设备

在有机太阳能电池设备的光致电压的进程包括四个连续的进程: 光吸收、激子离解、充电运输和充电收集: 光子的吸收创建激子 (一定电子漏洞对)。 激子散开对二个不同要素界面,激子离解或充电分隔发生,跟随由正电荷 (漏洞) 移动向阳极的和负电荷 (电子) 向负极。 图 2 展示电如何在 OPV 设备发。

图 2。 电如何在有机 photovoltaics 设备 (OPV)发。

几个参数确定太阳能电池,即,断路电压 (v) 的性能oc,短路当前 (i)sc 和所谓的装载系数 (FF)。 整体能量变换效率η被定义成η = (FF)•scoc(IV)/P.m 在过去十年中, OPV 效率显著被改进了到超过 5% 在单细胞3,5 和 1% 在子模5,由于对设备物理的更好的设计设备的了解,新的材料的优化和发展2,3,6

然而,大多这样的 OPV 设备在有制造处理介入的空转涂层的实验室被发展为 photoactive 层和对高真空的使用存款负极。 此常规技术在商业市场上限制 OPV 实际潜在: 低价的制造,解决方法可处理和高生产率7

最近,全世界研究工作在开发在被修改的多基础上的透明联络 (3,4ethylenedioxythiophene) : 多 (styrenesulfonate) (PEDOT :PSS) 解决方法8。 对于大规模生产,屏幕打印9,喷墨机打印10和喷洒11主要在 OPV 单细胞被展示了。

有机半透明的光致电压的能源交换器或缩写,因为 OSPEC 是时新商品,因为它结合 OPV 三个功能: 可处理的解决方法,吸尘自由和大规模兼容。 OSPEC 在 Nanostructure USF 的光电子学实验室使用研究员开发的一个特殊浪花技术,成为伙伴与新的能源技术,公司和佛罗里达高科技走廊,制造有透明联络的 OPV 模块12。 图 3a 显示一个运作的 OSPEC 列阵,并且 3b 是其当前电压特性。 整体能量变换效率是 0.42% 在 1 片星期日光辉以下。

运作 OSPEC 列阵的图 3. (a), (b) 其当前电压特性。

OSPEC 是今天能源需求的一个 ‘绿色’解决方法。 它有多种应用特别地在编译的集成光致电压的产品。 多数常规太阳能电池由硅片,限制的一种易碎的不透明的物质制成如何可以使用他们。 例如,在透明度是重要问题的视窗技术, OSPEC 可以使半透明; 进一步更多, OSPEC 更好比硅太阳能电池执行在四周光下13,提供新的机会给室内应用。


参考

1. G. Yu、 J. 高, J.C. Hummelen, F. Wudl 和 A.J. Heeger,科学 270, 1789 (1995)。
2. S.E. Shaheen, C.J. Brabec, N.S. Sariciftci, F. Padinger, T. Fromherz 和 J.C. Hummelen, Appl。 Phys。 Lett。 78, 841 (2001)。
3. 15W. Ma、 C. 杨, X. Gong, K. 李和 A.J. Heeger,副词。 Funct。 Mater。 15日 1617 (2005)。
4. J. 刘易斯、 J. 张和 X. 江,有机太阳能电池板阵列的制造应用的在微电动机械的系统,可延续和能承受的能源 1,第1 日记帐日卷 (2009)。
5. 马丁 A. Green,基思刚玉粉, Y. Hishikawa 和 W. Warta, Prog。 Photovolt : Res. Appl. 2008年; 16:435-440,太阳能电池效率表 (第32版),
6. Y. 梁、 Y. 吴, D. Feng, S. 蔡, H. Son, G. 李和 L. Yu,新的半导体的聚合物的发展高性能太阳能电池的, J. 上午。 CHEM. SOC. 2009年, 131, 56-57。
7. 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
8. 黄 et.al。 副词。 Mater。 20, 415, 2008年,
9. Shaheen et.al。 APL 79, 2996, 2001年
10. T. Aernouts, a_ T. Aleksandrov, C. Girotto, J. Genoe 和 J. Poortmans,聚合物使用喷墨机被打印的有效的层的基于有机太阳能电池,应用物理学在 92, 033306 上写字 (2008)
11. 林 et.al。 APL. 93, 193301, 2008年
12. 美国临时专利 # 12/630,398。
13. X.Jiang et.al。,未出版的工作; Proc。 IEEE,第93卷, No.8, 1429(2005); A.Jäger-Waldau, ‘PV 环境和持续力, Eur 状态报告 2003年’学院。 委员会, 2003年

版权 AZoNano.com, Xiaomei 江 (南佛罗里达大学教授)

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

Last Update: 13. June 2013 22:59

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