На подложку батареи нанесли органический фотоэлемент в форме черепахи

Исследователи научно-технологического университета имени короля Абдаллы в Саудовской Аравии создали программируемую технологию струйного нанесения органических фотоэлементов на подложки солнечных батарей в форме морской черепахи. Эффективность преобразования солнечной энергии такими панелями достигла 6%. Разработка была представлена в журнале Advanced Materials Technologies.

«Cтруйная печать имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами нанесения покрытия. Это низкий расход материала и планирование дизайна с помощью цифровых платформ. Технология позволяет производить недорогие элементы, создавать узоры сложных форм и изготавливать многослойные устройства без необходимости многоэтапной литографии», – отметил ведущий автор статьи Даниэль Корзо.

Эффективность неорганических солнечных батарей (например, кремниевых) составляет порядка 15% от энергии солнечного света. Показатель высокий, однако стоимость таких солнечных батарей тоже высока. Стоимость связана с технологией получения и обработки кремния: высокие температуры и вакуум поддерживаются дорогим оборудованием. Дешевым аналогом кремниевых подложек могут стать органические батареи, эффективность которых к 2012 году достигла 12%.

Органическая батарея – это смесь двух органических полупроводников. В отличие от неорганических солнечных элементов, при поглощении света в материале не происходит образования свободных зарядов, но образуются связанные пары «электрон и дырка» – экситоны. Чтобы превратить экситон в носитель заряда, надо разорвать кулоновские взаимодействия, связывающие пару, что и происходит под действием квантов света. После разрыва отрицательные электроны идут в одну сторону, а положительно заряженные дырки – в другую. Было показано, что оптимальная структура такого материала представляет собой взаимопроникающую сетку из органических донора и акцептора. Однако проблемы масштабирования и производства затрудняют попытки перевести эти материалы из лаборатории в промышленные масштабы.

Исследователи разработали струйные солнечные материалы, содержащие акцептор нефуллереновой природы. Чернила из поли-3-гексилтиофена и роданин-бензотиадиазол-связанного индасенодитиофена (P3HT: O-IDTBR) наносили на подложки площадью в 0,1 см², 2 см² в форме черепахи. Для этого настроили реологические свойства, отработали должный выброс капель и подобрали растворитель, отвечающий требованиям к летучести и растворимости. Оптимизация параметров печати, включая расстояние между каплями и температуры осаждения, привела к получению гомогенных пленок. КПД устройства на площади 0,1 см² достигает 6,47%, а на площади 2 см² – 6%. Чтобы продемонстрировать потенциальное использование в специализированных приложениях, изготовили полноразрмерные устройства, эффективность которых составляет 4,76%.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.