ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานของเซลล์แสงอาทิตย์แบบยืดหยุ่นได้รับการปรับปรุงอย่างมาก!

เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีพลังงานชีวภาพและกระบวนการชีวภาพชิงเต่า (QIBEBT) ของสถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน ได้ทำการปรับปรุงวัสดุที่ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์แบบไตรภาค (TOSC) ซึ่งบรรลุระดับประสิทธิภาพที่คล้ายคลึงกับเซลล์แสงอาทิตย์แบบดั้งเดิม งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสาร "Advanced Materials" เซลล์แสงอาทิตย์แบบอินทรีย์ (OSC) เป็นเซลล์แสงอาทิตย์ประเภทหนึ่งที่แปลงแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าโดยใช้วัสดุอินทรีย์ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นโมเลกุลหรือโพลีเมอร์ขนาดเล็ก เมื่อเทียบกับเซลล์แสงอาทิตย์แบบอนินทรีย์แบบดั้งเดิมที่ใช้ผลึกซิลิคอนหรือวัสดุอนินทรีย์อื่นๆ

ข้อดีหลักประการหนึ่งของเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์คือความสามารถรอบด้านและมีน้ำหนักเบา สามารถผลิตได้โดยใช้ต้นทุนที่ต่ำกว่าโดยใช้เทคนิคที่ใช้โซลูชัน เช่น การพิมพ์แบบอิงค์เจ็ต ซึ่งช่วยให้สามารถม้วนแบบยืดหยุ่นได้แทนที่จะใช้แผงแบบแข็ง ด้วยเหตุนี้ พวกเขาจึงพบการใช้งานในด้านต่างๆ เช่น เซ็นเซอร์ ที่ชาร์จแบบพกพา และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สวมใส่ได้ OSC ยังสามารถเป็นแบบกึ่งโปร่งใสหรือแบบมีสี ทำให้มีความสวยงามและเหมาะสำหรับการรวมเข้ากับอาคาร หน้าต่าง และโครงสร้างอื่นๆ

อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์แสงอาทิตย์อนินทรีย์ เซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์มีประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน (PCE) ต่ำกว่า ซึ่ง TOSC มีเป้าหมายที่จะปรับปรุง เซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์แบบไบนารีมาตรฐานประกอบด้วยวัสดุผู้บริจาคและวัสดุตัวรับ แต่ TOSC จะแตกต่างออกไปเนื่องจากมีองค์ประกอบที่สามที่เรียกว่าวัสดุ "แขก"

การรวมส่วนประกอบแขกนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการเพิ่มประสิทธิภาพด้านต่างๆ ของเซลล์แสงอาทิตย์ เช่น การเปลี่ยนแปลงฟลักซ์พลังงานภายในของเซลล์ และการเพิ่มประสิทธิภาพวิธีที่เซลล์แปลงแสงเป็นไฟฟ้า องค์ประกอบรับเชิญมีความสำคัญอย่างยิ่งในการเพิ่ม PCE เนื่องจากสามารถขยายสเปกตรัมของแสงที่เซลล์แสงอาทิตย์สามารถดูดซับได้ ด้วยการเลือกวัสดุสำหรับแขกที่ดูดซับแสงในพื้นที่ที่ไม่ครอบคลุมโดยวัสดุของผู้บริจาคหรือผู้รับ ความสามารถในการดูดซับแสงโดยรวมของเซลล์จะดีขึ้นได้ นอกจากนี้ยังช่วยปรับแต่งสัณฐานวิทยาของฟิล์มผสมอย่างละเอียด ซึ่งส่งผลต่อการแยกตัวของ exciton การสร้างประจุ และการขนส่ง

เนื่องจากส่วนประกอบของแขกสามารถทำกิจกรรมที่แตกต่างกันได้หลายอย่าง ตำแหน่งที่แม่นยำภายในโซลาร์เซลล์ "แซนวิช" หรือเมทริกซ์จึงส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพการทำงาน มีตำแหน่งที่เป็นไปได้สามตำแหน่งสำหรับองค์ประกอบแขก: ฝังอยู่ภายในวัสดุผู้บริจาค ฝังภายในวัสดุตัวรับ หรือกระจายที่ส่วนต่อประสานระหว่างผู้บริจาคและตัวรับ สร้างโครงสร้างผสมคล้ายโลหะผสม (มวลรวม) อย่างไรก็ตาม จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ มีการพิจารณาเชิงทดลองเกี่ยวกับตำแหน่งขององค์ประกอบแขกค่อนข้างน้อย

ในการวิจัย นักวิทยาศาสตร์ใช้ส่วนประกอบแขกที่เรียกว่า LA1 ใน TOSC ซึ่งแตกต่างจากวัสดุส่วนประกอบแขกอื่นๆ ในแง่ของความเป็นผลึก LA1 เป็นตัวรับโมเลกุลขนาดเล็ก และนักวิจัยได้ดัดแปลงมันด้วยสายโซ่ข้างฟีนิลอัลคิล ซึ่งเป็นกลุ่มฟังก์ชันที่ใช้กันทั่วไปในวัสดุอินทรีย์สำหรับระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

การดัดแปลง LA1 เพื่อรวมสายข้างฟีนิลอัลคิลเพิ่มทั้งความเป็นผลึกและการจัดตำแหน่งในขณะที่รักษาความเข้ากันได้ที่เพียงพอ ส่งผลให้สมรรถนะ TOSC ดีขึ้น

นอกจากนี้ นักวิจัยยังควบคุมการกระจายตัวของส่วนประกอบแขกด้วยการเปลี่ยนตัวแปรที่มีอิทธิพลต่อปฏิสัมพันธ์ระหว่างโฮสต์และส่วนประกอบของแขก เช่น ความเข้ากันได้ของโฮสต์/แขก พลังงานพื้นผิว จลนศาสตร์ของผลึก และปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล พวกเขาพบมวลรวมที่มีลักษณะคล้ายอัลลอยด์ในโมเลกุลของแขกส่วนใหญ่ ซึ่งแทรกซึมและกระจายไปทั่วเมทริกซ์โฮสต์ทั้งหมด

ขนาดผลึกของ "โลหะผสม" ของโฮสต์/แขกที่ผสานรวมเหล่านี้สามารถปรับได้อย่างง่ายดายเพื่อเพิ่มการถ่ายโอนประจุและระงับการรวมตัวกันของประจุใหม่ ส่งผลให้ PCE เริ่มต้นเพิ่มขึ้นมากกว่า 15% ต่อมา ด้วยการรวมส่วนประกอบของแขกเข้ากับตัวรับซีรีส์ Y6 เป็นส่วนประกอบหลัก ทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้มากขึ้นกว่า 19%

นักวิจัยเชื่อว่าพวกเขาประสบความสำเร็จในการทดลองอย่างมีนัยสำคัญ แต่จำเป็นต้องมีความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับปัจจัยเบื้องหลังที่ขับเคลื่อนข้อได้เปรียบเหล่านี้ในอนาคต พวกเขาหวังว่าจะได้รับข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับระบบพื้นฐานเหล่านี้

ควบคุมพลังแห่งนวัตกรรมด้วยเปลือกแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ล้ำสมัยของเรา บริษัทของเราเชี่ยวชาญในการผลิตกล่องแบตเตอรี่คุณภาพสูงที่ออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการของภูมิทัศน์ด้านพลังงานสมัยใหม่ ไม่ว่าจะเป็นการจัดเก็บพลังงานทดแทน ยานพาหนะไฟฟ้า หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา เปลือกแบตเตอรี่ของเราให้การปกป้อง ประสิทธิภาพ และวิศวกรรมที่แม่นยำสำหรับโครงการของคุณต้องการ เข้าร่วมอนาคตของการจัดเก็บพลังงานด้วยเปลือกแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนของเราและปลดล็อกโลกแห่งความเป็นไปได้