Ερευνητές αποκαλύπτουν μόρια που θα μπορούσαν να υπερφορτίσουν οργανικά ηλιακά κύτταρα

Οι ερευνητές αποκαλύπτουν μόρια που θα μπορούσαν να υπερτροφοδοτήσουν οργανικά ηλιακά κύτταρα

του Ρίκο Σέιμπο

Tsinghua, Ιαπωνία (SPX) 28 Φεβρουαρίου 2024

Σε μια πρωτοποριακή μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Nano Research στις 6 Φεβρουαρίου, μια ομάδα ερευνητών αποκάλυψε ένα επαναστατικό μόριο, το 3PNIN, σχεδιασμένο σαν έλικα, το οποίο υπόσχεται να ενισχύσει σημαντικά την αποτελεσματικότητα των οργανικών ηλιακών κυττάρων (OSCs). Αυτή η πρόοδος θα μπορούσε να σηματοδοτήσει μια κομβική αλλαγή στον τομέα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, ιδιαίτερα στην ανάπτυξη και εφαρμογή των OSC.

Τα OSC έχουν αναγνωριστεί για την ελαφριά, ευέλικτη και δυνητικά οικονομική παραγωγή τους σε σύγκριση με τα παραδοσιακά ηλιακά κύτταρα με βάση το πυρίτιο. Παρά τα πλεονεκτήματά τους, τα OSC αντιμετώπισαν προκλήσεις, ειδικά στον τομέα των καθοδικών διεπιφανειακών υλικών (CIM). Τα CIM είναι ζωτικής σημασίας για την αποτελεσματική μεταφορά φορτίου μεταξύ της καθόδου και του ενεργού στρώματος στα OSC, επηρεάζοντας άμεσα την απόδοση μετατροπής ισχύος (PCE) των κυψελών. Μέχρι τώρα, η εξέλιξη των CIM έχει καθυστερήσει, εμποδίζοντας το πλήρες δυναμικό των εξελίξεων OSC.

Η μελέτη επικεντρώνεται στην εισαγωγή δύο ισομερών σε σχήμα έλικα, των 3PNIN και 3ONIN, τα οποία μοιράζονται τον ίδιο μοριακό τύπο αλλά διαφέρουν ως προς τη διάταξη των τελικών καλυμμένων ομάδων τους. Αυτή η δομική παραλλαγή επιτρέπει διακριτές διαμοριακές αλληλεπιδράσεις, επηρεάζοντας σημαντικά τη λειτουργικότητα των CIM και, κατά συνέπεια, τη φωτοβολταϊκή απόδοση των OSC.

Ο καθηγητής Minghua Huang, κορυφαίος συγγραφέας της μελέτης, τόνισε τη σημασία των OSC στο σύγχρονο τοπίο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Σύμφωνα με τον Huang, «Οι OSC έχουν αναδειχθεί, χαρακτηρίζονται από την αιθέρια αρχιτεκτονική, τη ημιδιαφάνεια, την οικονομική παραγωγή και την κλιμακούμενη έντυπη συναρμολόγηση, προαναγγέλλοντας μια νέα εποχή στην ισχύ των ευέλικτων φορητών τεχνολογιών». Η εμφάνιση των 3PNIN και 3ONIN αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό άλμα προς τα εμπρός για την αντιμετώπιση των μακροχρόνιων προκλήσεων απόδοσης των OSC.

Οι δοκιμές αποκάλυψαν ότι οι δύο ενώσεις ασκούν βαθιά διαφορετικά αποτελέσματα στη λειτουργικότητα των CIM λόγω των διαμορφώσεων τους. Το 3PNIN, με την πιο επίπεδη μοριακή του δομή, επιτρέπει στις ομάδες με τελική κάλυψη να βρίσκονται πιο επίπεδες σε σύγκριση με το 3ONIN, οδηγώντας σε ενισχυμένη κινητικότητα και αγωγιμότητα ηλεκτρονίων. Αυτό το δομικό πλεονέκτημα έχει ως αποτέλεσμα οι συσκευές OSC που υποβάλλονται σε επεξεργασία με 3PNIN να επιτυγχάνουν PCE 17.73%, ξεπερνώντας το 16.82% που επιτυγχάνεται με συσκευές που έχουν υποστεί επεξεργασία με 3ONIN.

Οι επιπτώσεις αυτής της έρευνας εκτείνονται πέρα από τις άμεσες βελτιώσεις στην αποτελεσματικότητα του OSC. Το 3PNIN όχι μόνο υπόσχεται να δημιουργήσει θερμικά σταθερές συσκευές, αλλά επίσης ανοίγει την πόρτα για περαιτέρω βελτιώσεις στην τεχνολογία OSC, αυξάνοντας ενδεχομένως την προσβασιμότητα και την αποδοτικότητα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Τέτοιες εξελίξεις θα μπορούσαν να επηρεάσουν σημαντικά το ευρύτερο τοπίο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και των οργανικών ηλεκτρονικών.

Η συλλογική προσπάθεια πίσω από αυτήν την έρευνα περιελάμβανε τους Hao Liu, Jilei Jiang, Shuixing Dai, Xianbiao Hou και Minghua Huang από τη Σχολή Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών του Ocean University of China. Liangmin Yu από το ανοιχτό στούντιο για τη διάβρωση και την προστασία της θάλασσας στο πιλοτικό εθνικό εργαστήριο για την επιστήμη και την τεχνολογία της θάλασσας. Xu Zhang και Ke Gao από το Επιστημονικό Κέντρο για τη Δημιουργία Υλικού και τη Μετατροπή Ενέργειας στο Ινστιτούτο Συνόρων και Διεπιστημονικής Επιστήμης στο Πανεπιστήμιο Shandong. και Heqing Jiang από το Εργαστήριο Κλειδιών Qingdao Λειτουργικού Υλικού και Τεχνολογίας Μεμβρανών στην Κινεζική Ακαδημία Επιστημών.

Αυτή η μελέτη όχι μόνο παρέχει μια πολλά υποσχόμενη οδό για την ενίσχυση της αποτελεσματικότητας των OSCs, αλλά υπογραμμίζει επίσης τον κρίσιμο ρόλο της μοριακής δομής στην προώθηση των τεχνολογιών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.

Αναφορά έρευνας:Ισομερή NI σε σχήμα έλικα από διεπιφανειακό υλικό καθόδου για αποτελεσματικά οργανικά ηλιακά κύτταρα

Σχετικοί Σύνδεσμοι

Πανεπιστήμιο Tsinghua

Όλα για την ηλιακή ενέργεια στο SolarDaily.com