Прорив в органічних радикальних кристалах підвищить ефективність технології перетворення сонячної енергії в електрику

Інновації в галузі сонячних термоелектричних генераторів: нові горизонти для стійкої енергетики

Останні інновації в технології сонячних термоелектричних генераторів (STEG) значно покращили здатність перетворювати сонячне світло на електрику, відкриваючи перспективні застосування в таких сферах, як носимі пристрої, Інтернет речей та персональні системи клімат-контролю. Центральним елементом цих розробок стало стратегічне вдосконалення термоелектричних матеріалів, архітектури пристроїв та методів управління теплом.

Серед різноманітності досліджених матеріалів, фото-термальні речовини проявили себе особливо перспективними для підтримки температурних диференціалів, критично важливих для ефективного вироблення енергії. До таких матеріалів входять вуглецеві сполуки, металооксидні сполуки, полімери та речовини, здатні до фазового переходу.

Недавно, дослідники з Soochow University просунулись ще далі, представивши новий клас органічних радикальних фото-термальних матеріалів. Команда створила новий зарядно-транспортувальний (CT) кристал з коронену (COR) і акцептор електронів 2,6-дибромнафталін-1,4,5,8-тетракарбоксилового ангідриду (Br2NDA). Цей сполука, названий CBC, продемонструвала надзвичайну ефективність фото-термального перетворення (PCE) у 67.2% при освітленні 808 нм світлом потужністю 0.367 Вт/см2.

Процес синтезу використовує простий метод самоорганізації в розчині, який призводить до утворення кристалічних мікродротів з вираженою голкоподібною морфологією. Передові методи характеризації підтвердили структуру та функціональність матеріалу. Методами дифракції рентгенівських променів (XRD), вибраного зонного електронного дифракція (SAED), UV-Vis спектроскопії, фотолюмінесценції (PL), інфрачервоної спектроскопії з перетворенням Фур’є (FT-IR) та ядерно-магнітному резонансі у твердому стані (NMR) було виявлено сильні CT-взаємодії та широкий діапазон світлопоглинання від 350 до 1100 нм. Ці функції супроводжувалися майже повним загасанням фотолюмінесценції та виявленням неспарених електронів методом електронного спіновогу резонансу (ESR), підкреслюючи поведінку CT матеріалу в його основному стані.

Аналіз термогравиметрії (TGA) підтвердив термічну стійкість кристала CBC. Під впливом лазерного випромінювання на 808 нм кристал швидко досяг температури 86°C, з розрахована PCE, що перевершує численні органічні фото-термальні матеріали на сьогоднішній день. Його термічна стабільність і консистентність продуктивності зберігалася протягом багатьох опромінювальних циклів. Під симуляцією сонячного випромінювання (2 сонця) CBC досяг температури 64°C, з результатами, які показують чітку лінійну кореляцію між генеруванням тепла і інтенсивністю світла.