Problem z defektami w warstwach transportowych
Główną bolączką organicznych ogniw słonecznych były wady w warstwach z tlenku cynku, które odpowiadają za transport elektronów. Profesor Yao Liu z Beijing University of Chemical Technology wyjaśnia to w prosty sposób:
Filmy z tlenku cynku często zawierają liczne defekty, które działają jako pułapki elektronowe i centra rekombinacji, obniżając wydajność urządzenia
Czytaj też: Magazynowanie energii właśnie zmieniło się nie do poznania. To dzięki baterii prosto z Chin
Zespół z Beijing University of Chemical Technology i University of Massachusetts Amherst opracował innowacyjną metodę modyfikacji warstw pośrednich przy użyciu specjalnych polimerów. Te elektroaktywne związki skutecznie neutralizują defekty, które wcześniej ograniczały możliwości ogniw. Naukowcy stworzyli dwa nowe polimery: BZ z pierścieniami benzenowymi i CZ z podwójnymi wiązaniami węgla. Ich skomplikowana struktura chemiczna okazała się niezwykle skuteczna w praktyce. Tzw. składniki zwitterionowe nie tylko eliminują wady tlenku cynku, ale dodatkowo poprawiają właściwości elektryczne całego układu. Poza tym, zastosowane jednostki naftalenodiimidowe pełnią funkcję ochronną, ponieważ absorbują szkodliwe promieniowanie UV, co chroni aktywne warstwy przed degradacją.
Osiągnięte wyniki i przyszłość tej technologii
Testy praktyczne przyniosły imponujące rezultaty. Zmodyfikowane ogniwa osiągnęły sprawność konwersji mocy na poziomie 17,96% dla materiału BZ i 17,97% dla CZ. To znaczący progres w porównaniu z wcześniejszymi osiągnięciami w tej dziedzinie. Co istotne, nowa modyfikacja poprawiła również długoterminową stabilność urządzeń. To kluczowa kwestia, ponieważ organiczne ogniwa słoneczne dotychczas miały problemy z trwałością, co ograniczało ich komercyjne zastosowanie. Nowe rozwiązanie otwiera ciekawe możliwości dla technologii noszonych i elastycznych urządzeń. Profesor Liu wskazuje na unikalny potencjał opracowanego materiału:
Zmodyfikowany zwitterionami polimerowymi tlenek cynku jest obiecującym kandydatem materiałowym dla elastycznej i noszonej elektroniki, unikalnie łączącym trwałość mechaniczną ze stabilną wydajnością elektryczną
Czytaj też: Akumulatory litowo-siarkowe powracają do gry. Nowy materiał rozwiązuje kluczowy problem
Badanie opublikowane w czasopiśmie Wearable Electronics pod tytułem może przyczynić się do rozwoju nowej generacji elastycznych paneli słonecznych. Osiągnięcie sprawności przekraczającej 17,9% stanowi zaś bez wątpienia krok w dobrą stronę. Oczywiście organicznym ogniwom wciąż daleko do wydajności tradycyjnych rozwiązań krzemowych, które osiągają ponad 20% sprawności. Jednak w aplikacjach gdzie liczy się elastyczność i lekkość, nowa technologia może znaleźć swoje miejsce. Można sobie wyobrazić integrację takich ogniw z urządzeniami noszonymi czy elastycznymi wyświetlaczami. Kluczowe będzie jednak, czy uda się utrzymać tę wydajność w warunkach masowej produkcji i czy koszty będą konkurencyjne. Na potencjalny sukces przyjdzie nam jeszcze nieco poczekać.