Kinijos mokslininkai sukūrė naujo tipo polimerinius saulės elementus, pasižyminčius itin stabiliu energijos konversijos naudingumo koeficientu.
Uhano technologijos universiteto tyrėjų sukurti saulės elementai pasiekė 19,1 % efektyvumą.
Mokslinis darbas, publikuotas žurnale „Matter“, nagrinėja prastesnio polimerinių akceptorių fotocheminio stabilumo priežastis ir pristato metodą, kaip, įterpiant mažas organines molekules, vienu metu padidinti ir elementų efektyvumą, ir jų stabilumą.
Polimerinių saulės elementų privalumai
Tyrėjai pabrėžia, kad polimeriniai saulės elementai turi daug pranašumų – jie yra lengvi, lankstūs, gali būti gaminami iš tirpalų, todėl tinka spausdinimui ar dangų formavimui ant įvairių paviršių. Tačiau iki šiol jų praktinį taikymą ribojo nepakankamas darbinis stabilumas ir žemesnės eksploatacinės savybės.
„Išvyniojant polimerų grandines ir skatinant tvarkingesnį molekulių išsidėstymą, pavyko pasiekti perspektyvų 19,1 % energijos konversijos naudingumo koeficientą ir užtikrinti T97 tarnavimo trukmę, viršijančią 2 000 valandų ore“, – rašoma tyrėjų publikacijoje.
Žingsnis link komerciškai perspektyvių organinių fotovoltinių medžiagų
Tyrėjų komanda teigia, kad jų rezultatai atveria kelią praktiškai naudojamoms organinėms fotovoltinėms medžiagoms ir naujoms įrenginių architektūroms. Tai priartina polimerinius saulės elementus prie komercializavimo ir jų pritaikymo tvariose, paskirstytosios energetikos sistemose.
Sukurti polimeriniai saulės elementai po 2 000 valandų veikimo ore išlaiko 97 % pradinio našumo. Įmaišant mažamolekulinius akceptorius į polimerines matricas, tyrėjams pavyko pagerinti molekulinį „supakavimą“, o tai vienu metu sustiprino ir įrenginių stabilumą, ir krūvininkų pernašą, sukuriant „itin stabilius“ lanksčius elementus.
Pasak autorių, taip pat atskleistas mechanizmas, paaiškinantis silpną polimerinių akceptorių fotostabilumą.
Energijos konversijos ir darbinio stabilumo didinimas
Mokslininkų teigimu, energijos konversijos naudingumo koeficiento (PCE) ir darbinio stabilumo didinimas yra būtina sąlyga, kad polimeriniai saulės elementai (PSC) taptų komerciškai patrauklūs.
Darbas nagrinėja pažangiausio polimerinio akceptoriaus „PMA“ PY-IT struktūrinį ir morfologinį stabilumą, naudojant įvairius ilgalaikio apšvietimo („light soaking“) ir terminio relaksavimo matavimus.
„Parodome, kad be silpnos C–C jungties A-D-A grandyje, būdingos mažamolekuliniams akceptoriams (SMA), polimeriniai akceptoriai (PMA) turi papildomą silpną jungtį tarp pasikartojančių vienetų, dėl ko jų fotocheminis stabilumas yra prastesnis. Vis dėlto, į PMA įtraukus SMA, pavyksta sumažinti grandinių susipainiojimą ir laisvą tūrį, pagerinti molekulių išsidėstymą bei padidinti tiek fotocheminį, tiek terminį stabilumą“, – pažymi tyrėjai.
Efektyvūs krūvininkų pernašos keliai ir sumažintas laisvas tūris aktyviajame sluoksnyje
„Paprasta strategija tuo pačiu metu sukuria efektyvius krūvininkų pernašos kelius ir sumažina laisvą tūrį fotoaktyviajame sluoksnyje. Tokie įrenginiai išlaiko 97 % pradinio efektyvumo po 2 000 valandų veikimo ore, o ekstrapoliuotas tarnavimo laikas viršija 100 000 valandų“, – teigia tyrimo bendraautoris Tao Wang.
„Šis darbas atskleidžia, kaip organinių puslaidininkių molekulinė ir morfologinė sandara lemia įrenginių tarnavimo laiką, ir pateikia praktišką kelią link lanksčių organinių fotovoltinių elementų komercializavimo.“
