Domov > Novinky > Obsah
Hybridné solárne články majú aplikácie v flexibilnej elektronike a prenosných zariadeniach
Nov 03, 2018

Pochopenie vplyvu povrchových chýb podporuje vyššiu účinnosť hybridných organických / anorganických solárnych článkov.

               Hybridné solárne články používajú rozhranie obsahujúce vrstvy organických a anorganických materiálov na premenu slnečného svetla na elektrickú energiu. Oxid zinočnatý (ZnO) je populárnou voľbou pre anorganický materiál, pretože je lacný, netoxický a ľahko dostupný.

Účinnosť konverzie hybridných solárnych článkov s použitím heterogénnych ZnO / organických donorov je v súčasnosti veľmi nízka - iba 2%, keď sa ZnO zmieša s organickým donorovým materiálom. Na druhej strane sa dosahuje slušná účinnosť 6,1%, keď sa ZnO používa ako vrstva vložená medzi elektródy a vrstvou polymérov alebo akceptorov malých molekúl.

Jean-Luc Bredas z výskumného centra KAUST Solar & Photovoltaics Engineering a kolega Hong Li sa domnievajú, že vnútorné chyby v ZnO sú kľúčovým faktorom zlého výkonu. Porovnaním rozdielov v elektronických vlastnostiach medzi rôznymi hybridnými materiálmi dospeli k záveru, že voľné pozície zinku znižujú účinnosť konverzie tým, že bránia procesu separácie nábojov na rozhraní medzi organickými a anorganickými materiálmi.

Je dobre známe, že ZnO prijíma rôzne úlohy vo veľkých heterojunkciách v závislosti od typu použitého organického materiálu a architektúry. Pri zmiešaní s polymérom alebo malými molekulárnymi darcami, ako je sexitienyl, ZnO preberá úlohu akceptora elektrónu: zaberá alebo "akceptuje" elektróny a necháva pozitívne nabité otvory za sebou v sexitienylovej vrstve.

Pri vložení medzi elektródou a akceptorovou vrstvou fullerénu pomáha ZnO prenášať elektróny z vrstvy fullerénu na elektródu. Tieto procesy umožňujú efektívnu konverziu slnečného žiarenia na elektrickú energiu.

Výskumníci použili počítačové simulácie na preskúmanie toho, ako voľné miesta zinku na povrchu oxidu zinočnatého ovplyvňujú tieto dva procesy. Pre objemovú heterojunkciu ZnO / sexitíenyl môžu voľné miesta zinku na povrchu ZnO brániť prenosu miestneho náboja v rozhraní ZnO / sexitínyl a môžu tiež zabrániť účinnej separácii náboja vďaka silným interakciám Coulombov. Avšak pre rozhranie ZnO / fullerén také voľné pracovné miesta významne neovplyvňujú proces prenosu poplatkov.

Z týchto dôvodov sú doteraz vyvinuté ZnO / organické heterojunkcie neefektívne. Na rozdiel od toho však voľné pozície zinku majú výrazne väčší negatívny vplyv na ZnO / sexitienyl ako na rozhrania ZnO / fullerén. Výsledky majú dôležité dôsledky pre vývoj hybridných solárnych článkov, ktoré majú aplikácie v oblasti flexibilnej elektroniky a prenosných zariadení.

"To, čo sme sa naučili z našich skúmaní, je do akej miery vady na povrchu vodivých oxidov kovov, ako je ZnO, určujú celkové elektronické vlastnosti a napokon účinnosť zariadenia," poznamenal Bredas. Navrhol, že zistenia naznačujú možné spôsoby zlepšenia účinnosti solárnych článkov prostredníctvom povrchových úprav.