יעילות המרת החשמל של תאים סולאריים גמישים השתפרה משמעותית!

לאחרונה, חוקרים ב-Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) של האקדמיה הסינית למדעים ביצעו שיפורים בחומרים המשמשים בתאי שמש אורגניים משולשים (TOSC), והשיגו רמות יעילות דומות לתאים סולאריים מסורתיים. מחקר זה פורסם בכתב העת "חומרים מתקדמים". תאים סולאריים אורגניים פוטו-וולטאיים (OSC) הם סוג של תאים סולאריים הממירים את אור השמש לחשמל באמצעות חומרים אורגניים, בדרך כלל מולקולות קטנות או פולימרים, בניגוד לתאים סולאריים אנאורגניים מסורתיים המשתמשים בסיליקון גבישי או בחומרים אורגניים אחרים.

אחד היתרונות העיקריים של תאים סולאריים אורגניים הוא הרבגוניות שלהם ואופיים קל משקל. ניתן לייצר אותם בעלויות נמוכות יותר באמצעות טכניקות מבוססות פתרונות כמו הדפסת הזרקת דיו, המאפשרות גלילים גמישים במקום לוחות קשיחים. כתוצאה מכך, הם מוצאים יישומים בתחומים שונים כמו חיישנים, מטענים ניידים ומכשירים אלקטרוניים לבישים. OSCs יכולים להיות גם חצי שקופים או צבעוניים, מה שהופך אותם לאסתטיים ומתאימים לשילוב בבניינים, חלונות ומבנים אחרים.

עם זאת, בהשוואה לתאים סולאריים אנאורגניים, לתאים סולאריים אורגניים יש יעילות המרת הספק נמוכה יותר (PCE), אשר TOSC שואפת לשפר. תאים סולאריים בינאריים אורגניים סטנדרטיים מורכבים מחומר תורם ומחומר מקבל, אך ה-TOSC שונה מכיוון שהוא כולל רכיב שלישי המכונה החומר "אורח".

הכללת רכיב אורח זה חיונית לשיפור היבטים שונים של ביצועי תאים סולאריים, כגון שינוי שטף האנרגיה הפנימי של התא ואופטימיזציה של האופן שבו התא ממיר אור לחשמל. רכיב האורח חשוב במיוחד להגברת PCE, מכיוון שהוא יכול להרחיב את ספקטרום האור שהתא הסולארי יכול לספוג. על ידי בחירת חומרים אורחים הבולעים אור באזורים שאינם מכוסים על ידי החומרים התורמים או המקבלים, ניתן לשפר את יכולת ספיגת האור הכוללת של התא. זה גם מאפשר כוונון עדין של המורפולוגיה של הסרט המעורב, המשפיע על ניתוק אקציטון, יצירת מטען והובלה.

בהתחשב בכך שרכיבי אורח יכולים לבצע מספר פעילויות שונות, מיקומם המדויק בתוך ה"סנדוויץ'" או המטריצה ​​של התא הסולארי משפיע באופן משמעותי על הביצועים. ישנם שלושה מצבים אפשריים עבור רכיב האורח: מוטבע בתוך החומר התורם, מוטבע בתוך החומר המקבל, או מפוזר בממשק בין התורם למקבל, יצירת מבנים מעורבים דמויי סגסוגת (אגרגטים). עם זאת, עד לאחרונה, היה מעט יחסית שיקול ניסיוני במיקומו של רכיב האורח.

במחקרם, המדענים השתמשו ברכיב אורח בשם LA1 ב-TOSC, השונה מחומרים אחרים של רכיבי אורח במונחים של גבישיות. LA1 הוא קולט מולקולה קטנה, והחוקרים שינו אותו עם שרשרת צדדית פנילאלקיל, קבוצה פונקציונלית הנפוצה בחומרים אורגניים למערכות פוטו-וולטאיות.

השינוי של LA1 לכלול שרשראות צד של פנילאלקיל הגדיל הן את הגבישיות והן את היישור תוך שמירה על תאימות מספקת, וכתוצאה מכך ביצועי TOSC משופרים.

בנוסף, החוקרים שלטו בהתפלגות מרכיב האורח על ידי שינוי משתנים המשפיעים על האינטראקציה בין המארח לרכיבי האורח, כגון תאימות מארח/אורח, אנרגיית פני השטח, קינטיקה גבישית ואינטראקציות בין מולקולריות. הם מצאו אגרגטים דמויי סגסוגת ברוב מולקולות האורחים, שחדרו והתפזרו בכל המטריצה ​​המארח.

ניתן לכוונן בקלות את גודל הגבישי של ה"סגסוגות" המשולבות המארח/אורחים כדי לשפר את העברת המטען ולדכא ריקומבינציה של מטען, וכתוצאה מכך לעלייה ראשונית של PCE של למעלה מ-15%. לאחר מכן, על ידי שילוב של רכיב האורח עם מקבלי סדרת Y6 כמרכיב העיקרי, הם השיגו שיפור יעילות אפילו יותר של למעלה מ-19%.

החוקרים מאמינים שהם השיגו הצלחה ניסויית משמעותית, אך יש צורך בהבנה טובה יותר של הגורמים הבסיסיים המניעים את היתרונות הללו בעתיד. הם מקווים לקבל תובנה עמוקה יותר לגבי מערכות יסוד אלו.

רתום את כוחה של חדשנות עם מעטפת סוללות הליתיום-יון החדישות שלנו. חברתנו מתמחה בייצור מארזי סוללות באיכות גבוהה המיועדים לענות על הדרישות של נוף האנרגיה המודרני. בין אם מדובר באחסון אנרגיה מתחדשת, כלי רכב חשמליים או אלקטרוניקה ניידת, מעטפות הסוללה שלנו מציעות את ההגנה, הביצועים וההנדסה המדויקת שהפרויקטים שלכם צריכים. הצטרף לעתיד של אחסון אנרגיה עם מעטפת סוללות הליתיום-יון שלנו ופתח עולם של אפשרויות.