Прорив у використанні органічних радикальних кристалів підвищує ефективність технології перетворення сонячної енергії в електрику

Інновації в технології сонячних термоелектричних генераторів: нові горизонти для сталого розвитку

Розробки у сфері технології сонячних термоелектричних генераторів (STEG) значно покращили можливості перетворення сонячного світла на електрику. Це відкриває багатообіцяючі додатки у сферах таких як переносні пристрої, Інтернет речей і персональне керування кліматом. Центральним елементом цих досягнень є стратегічне вдосконалення термоелектричних матеріалів, архітектури пристроїв та методів управління теплом. Серед безлічі досліджених матеріалів, фототермічні речовини продемонстрували значний потенціал для створення різниці температур, критичної для ефективного генерації енергії.

Дослідники з Soochow University зробили крок уперед, представивши новий клас органічних радикальних фототермічних матеріалів. Вони розробили новий кристал з перенесенням заряду (CT) з коронену (COR) і електронного акцептора 2,6-дибромонафтален-1,4,5,8-тетракарбонової діангідриди (Br2NDA). Ця сполука, відома як CBC, продемонструвала виняткову ефективність фототермічного перетворення (PCE) на рівні 67.2% при експозиції під світлом з довжиною хвилі 808 нм та потужністю 0,367 Вт/см². Це досягнення є визначним кроком на шляху до високопродуктивних фототермічних матеріалів.

Синтез цього матеріалу здійснювався простим методом самозбірки з розчину, що дало кристалічні мікрорізки з чіткою голчастою морфологією. Передові методи характеристики, такі як рентгенівське дифракція (XRD), дифракція від обраної ділянки електрона (SAED), спектроскопія УФ–Видимого світу (UV-Vis), фотолюмінесценція (PL), інфрачервона спектроскопія з перетворенням Фур’є (FT-IR) та ядерний магнітний резонанс в твердому стані (NMR), підтвердили структуру та функціональність матеріалу.

Аналіз термогравіметрії (TGA) підтвердив термічну стійкість кристала CBC. Під впливом лазера на 808 нм кристал швидко досягав температури 86°C, демонструючи PCE, що перевищує показники багатьох органічних фототермічних матеріалів. Його термічна стабільність та постійна продуктивність зберігалися впродовж численних циклів ірирадіації. Під симульованим сонячним випромінюванням (2 сонця) кристал CBC досягав температури 64°C з чітко визначеною лінійною кореляцією між генерацією тепла та інтенсивністю світла.

На основі цієї розробки, дослідницька команда інтегрувала кристал у прозору смолу, створюючи фототермічне чорнило. Це чорнило було нанесене на термоелектричний генератор (TEG), отримавши високопродуктивний STEG. При тестуванні під 2 сонячним випромінюванням, модифікований TEG досягнув поверхневої температури 70.3°C і виходу напруги 209 мВ, що складає збільшення на