Halsey Andrews Oczekuje się, że ogniwa słoneczne z mieszanki polimerów odegrają ważną rolę w przejściu na technologie czystej energii, ponieważ można je łatwo wytwarzać w elastycznych arkuszach na dużą skalę. Jednak ich wydajność pozostaje w tyle za bardziej tradycyjnymi krzemowymi alternatywami, a także innymi organicznymi ogniwami słonecznymi.
Ogniwa słoneczne z mieszanki polimerów są tworzone przez połączenie dwóch roztworów polimerów, które zestalają się w film na elektrodzie w postaci wzajemnie przenikających się sieci, rodzaj „separacji faz”. Wykazano, że wprowadzenie dodatków rozpuszczalnikowych do roztworu polimeru zwiększa wydajność ogniw słonecznych z mieszanką polimerów. Jednak dokładny proces leżący u podstaw tej poprawy nie został w pełni poznany. Teraz, w badaniu opublikowanym niedawno w Materiały polimerowe stosowane ACS, naukowcy z Instytutu Nauki i Technologii Nara zbadali mechanizm poprawy wydajności za pomocą fotoprzewodzącej mikroskopii sił atomowych (PC-AFM). Oczekuje się, że ich odkrycia pomogą przyspieszyć szerokie zastosowanie polimerowych ogniw słonecznych.
„Empiryczny charakter zwiększenia wydajności za pośrednictwem dodatku rozpuszczalnikowego utrudnił optymalizację wydajności ogniw słonecznych składających się wyłącznie z polimerów, dlatego istnieje pilna potrzeba lepszego zrozumienia tego procesu”, wyjaśnia starszy autor Hiroaki Benten. „W tym celu użyliśmy PC-AFM do zbadania nanoarchitektury, która stanowi podstawę poprawy wydajności”.
PC-AFM to zaawansowana technika mikroskopowa, która umożliwia wizualizację fotoprądów z rozdzielczością nanometrową. Naukowcy odkryli, że śladowe dodatki rozpuszczalników poprawiły konwersję energii i gęstość fotoprądu całkowicie polimerowego ogniwa słonecznego nawet o współczynnik ~3, poprawiając uporządkowanie i krystalizację mikrostruktury polimeru w ogniwie słonecznym bez uszkadzania rozdzielonych faz. Struktura.
Pomiary spektroskopii absorpcyjnej dodatkowo potwierdziły, że dodatki śladowe poprawiły uporządkowanie w mikrostrukturach polimerów. Tworząc sieć, która skutecznie przenosi fotogenerowane ładunki do elektrody zewnętrznej, zwiększa się przepływ fotoprądu.
„Odkryliśmy, że lokalne prądy fotoelektryczne zostały wzmocnione, podobnie jak formowanie nowej autostrady z prądem ładunkowym, podczas gdy zachowana została skala separacji faz, która jest kluczowa dla funkcjonalności urządzenia” – mówi współautor Masakazu Nakamura. „Wierzymy, że to spostrzeżenie będzie miało szerokie zastosowanie w przypadku ogniw słonecznych z mieszanki polimerów, a nie tylko tych opartych na naszym wyborze polimerów”.
Oczekuje się, że wyniki badania będą ważne dla optymalizacji wydajności całkowicie polimerowych ogniw słonecznych. Wykorzystując odkrycia do zminimalizowania laboratoryjnych prób i błędów, mamy nadzieję, że naukowcy przyspieszą trwające wysiłki związane z wprowadzeniem na rynek, przybliżając nas o krok do wysokowydajnych ogniw słonecznych, które są przyjazne dla środowiska i łatwe do produkcji na dużych skala.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Instytut Nauki i Techniki Nara. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.
