Nowy rekord wydajności konwersji organicznych ogniw słonecznych

Zespół naukowców z kilku instytucji badawczych w Chinach osiągnął nowy rekord wydajności organicznego ogniwa fotowoltaicznego. W artykule opublikowanym w prestiżowym czasopiśmie naukowym „Science” badacze opisali swoje nowe ogniwo wraz z jego parametrami.

Przez ostatnie lata wiele grup naukowców stara się zoptymalizować organiczne ogniwa fotowoltaiczne, podnosząc ich wydajność konwersji. Niestety zazwyczaj problematyczny okazuje się sposób, w jaki materiały te przenoszą ładunki elektryczne.

Fotowoltaika od Columbus Energy

Materiały organiczne mają swoje zalety. Są czystsze w produkcji niż ogniwa krzemowe, mają potencjał, aby być lżejsze i cieńsze, a co za tym idzie np. możliwe do drukowania na elastycznych materiałach. Niestety ich niska wydajność w porównaniu z systemami nieorganicznymi jest poważnym ograniczeniem, które powoduje, że nikt nie jest zainteresowany komercjalizacją tej technologii.

Niektóre grupy naukowców sugerują, że wydajność konwersji organicznych systemów PV nie przekroczy nigdy progu 15%. Ogniwa krzemowe, jakie obecnie się tworzy, mają wydajność na poziomie 18%-22%. Rekordowe organiczne ogniwo chińskich naukowców ma zaledwie 17,3%.

Jak podają naukowcy, kluczem do sukcesu jest stworzenie odpowiedniego modelu, który wskaże, jakie materiały można użyć, aby stworzyć odpowiednie, wielowarstwowe ogniwo PV. Tak powstają wszystkie organiczne ogniwa słoneczne – wykorzystują one co najmniej dwie warstwy materiału, jedną, w której zachodzi absorpcja światła i generacja prądu, oraz drugą, która przechwytuje wygenerowane elektrony i pozwala na transfer ich poza ogniwo.

Dobór pary tych materiałów jest kluczowy dla wydajności konwersji ogniwa. Badacze wskazują, że brak imponujących sukcesów w tym zakresie wynika właśnie z złego ich doboru. Sugerują, że istnieje metoda lepszego wyboru, tak aby poprawić wydajność, wykorzystując lepsze materiały do produkcji warstwowego ogniwa PV. Sprawdził to zespół z Chin, tworząc swój model. Pozwala on na dobranie pary materiałów do siebie tak, aby wydajność konwersji została zoptymalizowana. Ponieważ badacze bazują na parametrach materiałów, mogą symulować efekty i tworzyć nowe półprzewodniki organiczne.

Naukowcy w swoim opracowaniu podali, że zgodnie z zaprezentowanym przez nich modelem teoretyczna możliwość poprawy wydajności konwersji kończy się na poziomie ponad 25%. Niestety testowane przez Chińczyków ogniwo PV zaczęło się degradować już po 166 dniach ciągłej pracy.