Výzkumníci z Hongkongské polytechnické univerzity vyvinuli binární organický solární článek (OSC) s rekordní účinností přeměny energie 19,31 %. Vynalezli strategii nemonotónní manipulace s mezistavem, aby snížili ztráty způsobené neradiační rekombinací a zvýšili účinnost.
Potlačení ztrát účinnosti organických článků
Výzkumné úsilí v oblasti nefullerenových akceptorů (NFA) vedlo v posledních letech k obrovskému zlepšení účinnosti konverze energie (PCE) OSC. Ta je v tabulce účinnosti americké Národní laboratoře pro obnovitelnou energii (NREL) certifikována na 18,2 %. Je však zapotřebí dalšího pokroku v oblasti potlačení ztrát způsobených neradiační rekombinací a zvýšení výkonu, aby se urychlilo praktické použití OSC.
Výzkumníci z Hongkongské polytechnické univerzity nyní dosáhli průlomové hodnoty PCE 19,31 % u binárních organických solárních článků. Tyto články mají ve fotoaktivní vrstvě jeden donor a jeden akceptor. Výzkumný tým vynalezl novou techniku regulace morfologie OSC pro zvýšení účinnosti a stability článků pomocí 1,3,5-trichlorbenzenu jako regulátoru krystalizace.
Strategie pro manipulaci
Vyvinuli strategii nemonotónní manipulace s mezistavem (ISM). Ta umožňuje manipulovat s morfologií OSC s hromadným heteropřechodem (BHJ) a současně optimalizovat dynamiku krystalizace a energetické ztráty nefullerenových OSC.
Na rozdíl od strategie použití tradičních rozpouštědlových přísad, která je založená na nadměrné molekulární agregaci ve filmech, strategie ISM podporuje vznik uspořádanějšího molekulárního stohování a příznivé molekulární agregace, vysvětlují vědci. V důsledku toho se výrazně zvýšila PCE. Snížily se také nežádoucí ztráty v důsledku nezářivé rekombinace, které snižují účinnost generování světla a zvyšují tepelné ztráty.
Výzkumný tým vymýšlel nemonotónní strategii ISM přibližně dva roky.
„Výzvy ve výzkumu vyplynuly ze stávajících metod řízení morfologie referenčních prvků založených na aditivním principu, které trpí ztrátami způsobenými neradiační rekombinací, což snižuje napětí naprázdno v důsledku nadměrné agregace,“ říká Li Gang, profesor technologie přeměny energie na Hongkongské polytechnické univerzitě.
Příležitost pro další využití
Podle Liho nový objev pravděpodobně vytvoří „obrovské příležitosti“ v aplikacích, jako je přenosná elektronika a fotovoltaika integrovaná do budov. Vzhledem k tomu, že technologie OSC je stále v počátečním stádiu, očekávají se další možnosti využití, až levné jednopřechodové OSC překročí hranici 20 % PCE a dosáhnou stabilnějšího výkonu, který doplní jejich jedinečné výhody, jako je flexibilita, průhlednost, roztažitelnost, nízká hmotnost a laditelná barva.
„Nejnovější studie ukazuje rekordně nízkou ztrátu neradiační rekombinací 0,168 eV v binárním OSC s PCE přes 19 %,“ říká Li. „To je velmi povzbudivý výsledek pro dlouholetý výzkum OSC, který jsem prováděl v posledních dvou desetiletích.“
Vědci popsali své výsledky v článku „19.3% Binary Organic Solar Cell and Low Non-Radiative Recombination Enabled by Non-Monotonic Intermediate State Transition“, který se nedávno objevil v časopise Nature Communications.
Zdroje: pv-magazine, Vapol
