Товстошарові органічні сонячні елементи: ефективність та переваги виробництва

Органічні сонячні елементи на товстій плівці: Інноваційні підходи для підвищення ефективності та виробничих можливостей

Коли лабораторні одноз’єднані органічні фотоелектричні елементи (OPVs) вже перевищили 20 % ефективності перетворення енергії, їхня продуктивність все ще залежить від тонких фотоактивних шарів приблизно в 100 нм. Однак амбіції промисловості вимагають розв’язання проблеми, як зберегти високу ефективність у значно товстіших плівках. У цьому дослідженні, очоленому Hangzhou Normal University та Zhejiang University, розглядається питання про те, як підтримувати високу ефективність у плівках більше 300 нм, що більш придатні для промислового використання. Авторами описуються переваги такої технології: легке масштабування виробництва, підвищене поглинання ближнього інфрачервоного спектра та поліпшена механічна стійкість для гнучких пристроїв. Але є й недоліки: посилена рекомбінація екситонів, незбалансований транспорт заряду та виклики морфологічного контролю по товщині плівки.

Шляхи удосконалення товстоплівкових органічних фотоелектричних елементів

Рішення організовані вздовж процесу перетворення фотоелектричної енергії. Для управління екситонами, в огляді виділяються молекулярний дизайн ненаповнюючих акцепторів, доцільне використання флуорованих добавок і тісний контроль молекулярного укладання для розширення дифузії та сприяння дисоціації у товстих шарах.

Щодо транспорту заряду, докладно описані тактики підвищення та балансування мобільності електронів і дірок, у тому числі заохочення молекулярної площинності та кристалічності, а також вертикального фазового розподілу, що спрямовує заряди ефективно до електродів без шкоди для оптичного поглинання.

Для придушення рекомбінації та поліпшення екстракції обговорюються інженерія бічних ланцюгів, вибір розчинників-добавок та налаштування молекулярної ваги полімеру для обмеження утворення пасток і формування перколаційних шляхів. Всі ці підходи націлені на розробку архітектур, стійких до товщини.

Результати та перспективи

Повідомляється, що товстоплівкові пристрої вже досягли ефективності понад 19 %, причому деякі системи зберігають високу продуктивність навіть при товщині активних шарів більше 500 нм. Стратегії стабільності, такі як стабілізація, керована ентропією, і контроль послідовності кристалізації зберігають 80-90 % початкової ефективності після 1000 годин термічного старіння.

Вартість виробництва знижують за рахунок використання недорогих полімерних донорів, таких як PTQ10 і матеріалів на основі TVT, поряд з мінімізацією витрат матеріалів при обробці товстих шарів в масштабі. Огляд також відзначає машинні ін