Can organic solar cells stand the test of time? — ABC Chemicals


Can organic solar cells stand the test of time? - ABC Chemicals

Тонкие, прозрачные и гибкие органические солнечные элементы выглядят идеально для использования солнечной энергии практически на любой поверхности, включая окна, транспортные средства и смартфоны. Но их преследовало ощущение, что они недостаточно стабильны, чтобы выжить в реальном мире. Теперь исследователи в США продемонстрировали, что можно создавать органические солнечные элементы, которые надежно работают в течение 27 000 лет на открытом воздухе, подавляя идею о том, что долговечные устройства невозможны.

Надежность органических фотоэлектрических (ОПВ) элементов была одним из самых больших препятствий для практического применения. Даже самые стабильные из них, как правило, не длятся дольше семи лет, деградируя из-за воздействия света и тепла. Это заставило многих поверить в то, что солнечные элементы, изготовленные из слабо связанных органических материалов, просто не могут конкурировать с долговечностью традиционных кремниевых устройств.

Но группа Стивена Форреста в Университете штата Мичиган остановила эту идею, показав, что70 Основанные на фуллерене однопереходные ОПВ могут выдерживать солнечные блики гораздо дольше, чем требовалось бы любому коммерческому устройству — около 27 000 лет. Команда экстраполировала это число путем искусственного старения клеток с использованием тепла и интенсивного света.

«Мы показали, что органические солнечные элементы не особенно трудно стабилизировать — это зависит от выбора материалов, процессов изготовления и архитектуры устройств», — говорит Форрест. «Теперь ясно, что собственное время жизни OPV может быть достаточным для достижения практического времени жизни, которое встречают обычные неорганические клетки».

Исследователи создали тонкопленочные органические солнечные элементы в виде ряда слоев, например многослойного сэндвича с наноразмерной структурой, с использованием осаждения из паровой фазы для точного контроля толщины и чистоты каждого слоя. Экспериментальные устройства имели КПД 6–7% — для сравнения, коммерческие кремниевые солнечные элементы имеют КПД около 20%. Первоначальные эксперименты, в которых моделировалась интенсивность света и тепла солнца с использованием ксеноновой дуговой лампы, показали, что клетки разлагаются слишком медленно, чтобы их можно было измерять в течение года. Таким образом, команда установила систему белых светодиодов, которые могли бы искусственно состарить новый набор OPV-ячеек, подвергая их интенсивностям света, дающим эквивалент до 37 солнц.

После воздействия в течение более 68 дней клетки сохраняли более 871ТР1Т своей начальной эффективности. Команда смогла экстраполировать результаты, что для того, чтобы клетки потеряли 20% своей первоначальной эффективности, потребовалось бы эквивалент 27 000 лет на открытом воздухе — точка, в которой команда считала, что устройство больше не является полезным. Более того, в клетках, подвергшихся воздействию ультрафиолетового излучения в течение девяти лет, потери эффективности не наблюдались.

«Экстраполированные времена жизни были исключительно длинными, особенно по сравнению со всеми предыдущими отчетами о времени жизни устройства. Тем не менее, «короткий срок службы», как свойство всех органических устройств, является мифом, как было доказано для [органических светодиодов], — объясняет Форрест. «Таким образом, несмотря на то, что очень длительное внутреннее время жизни удивительно, оно находится в пределах разумно ожидаемых значений для лучших органических устройств, представленных в других областях применения».

«Волнение этой статьи состоит в том, что она опровергает общее убеждение, что органические материалы нестабильны и что долгоживущие органические солнечные элементы просто невозможны», — говорит Пол Дастур, который разрабатывает органические солнечные элементы, в том числе солнечную краску, в университете. Ньюкасл, Австралия. «Действительно, наша собственная работа показывает, что именно упаковка и капсулирование гораздо важнее для получения более продолжительного срока службы устройства, чем стабильности органического материала».







Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *