Тонкоплівкові органічні сонячні елементи: підвищення ефективності та переваги виробництва
Товсті плівкові органічні сонячні елементи підвищують ефективність та виробничі переваги
Останнім часом лабораторні органічні фотовольтаїчні елементи (OPVs) зі звичайними однозв’язковими сонячними комірками перевищили 20 відсотків ефективності перетворення енергії. Однак їх продуктивність все ще залежить від тонких фотоактивних шарів, товщина яких становить близько 100 нм. Новий огляд, проведений дослідниками з Hangzhou Normal University та Zhejiang University, досліджує способи підтримки високої ефективності в набагато товстіших плівках, які підходять для промисловості. Автори визначають товстоплівкові OPVs як ті, що перевищують 300 нм, та описують їх переваги для масштабованого виробництва, потужнішого поглинання у близькому інфрачервоному діапазоні та покращеної механічної міцності гнучких пристроїв.
Проте, існують і недоліки: збільшення рекомбінації екситонів, незбалансоване перенесення зарядів і труднощі з контролем морфології по всій товщині плівки. Рішення організовані вздовж фотовольтаїчного процесу. Для управління екситонами огляд акцентує увагу на молекулярному дизайні акцепторів без фулеренів, розумних фторованих добавках і тіснішому контролі за пакуванням молекул, щоб продовжити дифузію і сприяти розщепленню в товстих шарах.
Покращення транспорту зарядів
Для транспорту зарядів описані тактики покращення і балансування рухливості електронів і дірок, зокрема сприяння молекулярній планарності та кристалічності, а також інженерії вертикального розділення фаз, що ефективно спрямовує заряди до електродів без перешкод для оптичного поглинання.
Зменшення рекомбінації
Для зменшення рекомбінації та сприяння екстракції обговорюються інженерія бокових ланцюгів, вибір розчинників-добавок і налаштування молекулярної ваги полімерів для обмеження пасткових станів і сприяння перколяційним шляхам. Разом ці підходи націлені на архітектури, стійкі до товщини шарів.
Повідомлені результати включають пристрої з товстими плівками, які перевершують 19 відсотків ефективності, деякі системи зберігають відмінну продуктивність навіть при активних шарах понад 500 нм. Стратегії стабільності, такі як стабілізація, що викликана ентропією, і контроль послідовності кристалізації, зберігають 80-90 відсотків початкової ефективності після 1000 годин термічного старіння.
Вартісні міркування включають низьковартісні полімерні донори, такі як PTQ10 та матеріали на основі TVT, а також зниження витрат матеріалів при обробці товстіших шарів у великих масштабах. Огляд також описує інструменти машинного навчання, які прискорюють скринінг матеріалів
