Ученые совершили прорыв в области органических солнечных батарей, приблизив технологию к коммерческой жизнеспособности.
Исследователи из Университета Иллинойса Урбана-Шампейн продемонстрировали, что жидкокристаллические ахиральные виасы обладают 20-процентным повышением эффективности и в три раза большей стабильностью по сравнению со случайными агрегатными сборками.
При печати спиральной структуры этот показатель увеличился до 56 процентов эффективности и 50 раз стабильности, а сам процесс оказался удовлетворительным для производства.
Благодаря таким свойствам, как легкость, прозрачность и изгибаемость, органические солнечные элементы представляют собой привлекательную технологию, которая может превратить любую поверхность в генератор энергии. Она может стать подходящей альтернативой традиционным кремниевым солнечным батареям.
Органические солнечные элементы могут изменить энергетику
Исследователи утверждают, что будущие инновации, такие как рюкзаки и палатки, оснащенные ОГО, которые генерируют энергию по требованию в полевых условиях, или окна, преобразующие солнечный свет в электричество, могут изменить энергетическую отрасль.
Несмотря на многочисленные преимущества перед кремниевыми солнечными элементами, ОГО не были идеальны для использования в реальных условиях из-за снижения их стабильности и эффективности в процессе производства.
Однако исследователи показали, что их последняя инновация преодолевает эти проблемы.
ОСК состоит из нескольких наноразмерных слоев пленки.
«Чтобы решить эту проблему, исследователи под руководством профессора химической и биомолекулярной инженерии Йинга Диао (Ying Diao) сосредоточились на процессе молекулярной сборки при изготовлении. CSO состоит из нескольких наноразмерных слоев пленки. Манипулируя условиями обработки при печати пленок, они могут заставить молекулы принимать различные структуры. [ Алек М. Дамрон, соавтор.
«Чернила испаряются в процессе печати, поэтому — в зависимости от скорости печати и скорости испарения — мы можем блокировать сборку на разных этапах», — объясняет Дамрон.
Дамрон обнаружил, что, когда они печатали свои пленки не быстро, а медленно, испарение в физике преобладало, заставляя полимеры собираться в жидкие кристаллы, прежде чем пленка успевала сформироваться.
Исследователи заявили, что этот результат важен, поскольку жидкокристаллические структуры обеспечивают большую стабильность и эффективность CSO по сравнению с ячейками, созданными с использованием случайных путей агрегации.
Другие манипуляции В результате других манипуляций в ходе процесса были получены ахиральные или хиральные пути сборки жидких кристаллов. Оба варианта привели к явному улучшению эффективности и стабильности ОСК, но хиральная, или спиральная, структура дала наилучшие результаты.
«Мы обнаружили, что хиральная сборка сопряженных донорных полимеров улучшает кристаллическую упаковку и структуру фазового разделения пленки», — говорит Аззайя Хасбаатар, другой соавтор статьи.
«Улучшение кристалличности пленки не только повышает эффективность за счет улучшения переноса заряда, но и делает пленки гораздо более морфологически стабильными».
На сайте исследование показало, что наблюдаемая исследователями тенденция улучшения производительности за счет использования жидкокристаллической фазы по сравнению со случайной агрегацией волокон является общей и может быть применена к различным органическим материалам солнечных элементов.
Дамрон отметил, что, поскольку эта взаимосвязь установлена, на нее можно опираться как на базовую основу и добиваться дальнейшего прогресса в инженерной сфере.
До начала своей работы Дьяо говорил, что очень мало известно о том, что происходит между моментом нанесения чернил на подложку и моментом печати устройства, называя это «черным ящиком».
«Люди в основном сосредоточены на материале, а затем на устройстве, но носитель информации игнорируется. И это то, на что мы в основном проливаем свет. Мы приоткрываем завесу над скрытым процессом и тем самым открываем пути для создания более совершенных устройств», — говорит Дьяо.
