Это приводит к созданию очень прочных органических солнечных элементов, которые могут функционировать даже под водой без капсулирования
Органические солнечные элементы обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными кремниевыми солнечными элементами. Их можно производить непрерывно в промышленных масштабах из легкодоступных материалов.
Органические ячейки могут быть полупрозрачными и, следовательно, менее визуально навязчивыми, то есть они могут быть установлены на окнах, экранах или мобильных устройствах. Они могут быть очень гибкими и сверхлегкими, а также могут растягиваться.
Тем не менее, деградация электронно-акцепторных органических солнечных элементов считается основной причиной нестабильности их рабочих характеристик и препятствием для их повсеместной коммерциализации.
В отличие от кремниевых солнечных элементов, органические элементы очень чувствительны к влаге, кислороду и самому солнечному свету. Современные способы их применения включают инкапсуляцию солнечных элементов, что увеличивает стоимость их производства и удельный вес. При этом их эффективность значительно снижается.
Для решения проблемы исследователи выборочно удалили акцепторы электронов с поверхности донорно-акцепторных пленок, используя технику снятия ленты. Они использовали клейкую ленту для удаления электронно-акцептирующих молекул, сопряженного производного фуллерена, метилового эфира фенил-масляной кислоты с самой верхней поверхности фотоактивного слоя солнечного элемента, оставив на ней только нереакционноспособные органические полимеры. Одним из основных виновников деградации ячеек является окисление этих производных фуллеренов.
Для примера, описанного в статье ACS Energy Letters, команда исследователей проверила органическую ячейку. После нанесения клейкой ленты на поверхность фотоактивного слоя пленки, они подвергли ее нагреву и перепаду давления в специальной камере. Как только пленка достигала комнатной температуры, они медленно удалили ленту с ее поверхности.
После этого, спектр тонкой структуры поглощения ближнего рентгеновского излучения показал, что на поверхности смешанной пленки осталось только 6% акцепторного компонента.
Оптимизированная морфология поверхности позволяет избежать прямого контакта акцепторов электронов с молекулами кислорода и воды. Кроме того, обогащенная полимером поверхность значительно улучшает адгезию между фотоактивным слоем и верхним металлическим электродом, что предотвращает его расслоение.
«Эти результаты, наконец, показывают, что избирательное удаление акцепторов электронов вблизи верхнего электрода приводит к созданию очень прочных органических солнечных элементов, которые могут функционировать даже под водой без капсулирования».
«Более того, используя технологию снятия ленты, можно контролировать распределение состава в вертикальном направлении фотоактивного слоя, что, приводит к лучшему извлечению заряда из солнечных элементов».
Было сказано, что последующие стресс-тесты включали изгиб солнечных блоков в течение 10 000 циклов, чтобы продемонстрировать надежность элемента. Полученная водостойкость органических солнечных элементов будет полезна, в том числе, для таких вещей, как часы для дайвинга на солнечных батареях.
Источник: NYU Tandon School of Engineering
Комментарии ()