O echipă din Hong Kong a obținut o eficiență record cu celule solare organice

Cercetătorii de la Universitatea Politehnică din Hong Kong (PolyU) au obținut o eficiență revoluționară a conversiei puterii (PCE) de 19,31% cu celulele solare organice (OSC), cunoscute și sub numele de celule solare polimerice.

Această eficiență OSC binară remarcabilă va ajuta la îmbunătățirea aplicațiilor acestor dispozitive avansate de energie solară.

PCE, o măsură a puterii generate de o anumită iradiere solară, este considerată un etalon pentru performanța panourilor fotovoltaice (PV) sau a panourilor solare în generarea de energie. Eficiența îmbunătățită de peste 19% care a fost atinsă de cercetătorii PolyU constituie un record pentru celulele solare organice și binare, care au un donor și un acceptor în stratul foto-activ.

Celulele solare organice, aproape de un prag foarte important

Condusă de prof. Li Gang, profesor de tehnologia conversiei de energiei și de Sir Sze-Yen Chung, la PolyU, echipa de cercetare a inventat o nouă tehnică de reglare a morfologiei OSC prin utilizarea 1,3,5-triclorbenzen ca regulator de cristalizare. Această nouă tehnică sporește eficiența și stabilitatea avută de celulele solare organice.

Echipa a dezvoltat o strategie de manipulare a stării intermediare (ISM) non-monotonă pentru a manipula morfologia OSC a heterojoncțiunii în vrac (BHJ) și pentru a optimiza simultan dinamica de cristalizare și pierderea de energie a OSC-urilor non-fulerene.

Spre deosebire de strategia de utilizare a aditivilor tradiționali de solvenți, care se bazează pe agregarea moleculară excesivă în filme, strategia ISM favorizează formarea unei stivuiri moleculare mai ordonate și a unei agregări moleculare favorabile. Ca rezultat, PCE a crescut considerabil, iar pierderea nedorită de recombinare non-radiativă a fost redusă. În special, recombinarea non-radiativă scade eficiența generării și crește pierderea de căldură.

Munca echipei este descrisă într-o lucrare din Nature Communications.

Cercetarea a durat doi ani

Conversia energiei solare în energie electrică este o tehnologie esențială pentru obținerea unui mediu sustenabil. Deși OSC-urile sunt dispozitive promițătoare care valorifică energia solară în mod rentabil, eficiența lor trebuie îmbunătățită pentru a putea fi utilizate la scară largă în aplicații practice.

„Provocările în cercetare au venit din metodele existente de control al morfologiei bazate pe aditivi, care suferă de pierderi de recombinare non-radiativă, scăzând astfel tensiunea în circuit deschis din cauza agregării excesive”, explică prof. Li, citat de Tech Xplore.

Echipa de cercetare a avut nevoie de aproximativ doi ani pentru a concepe o strategie ISM non-monotonă pentru creșterea eficienței OSC și reducerea pierderii de recombinare non-radiativă. Publicarea studiului promite să impulsioneze cercetarea OSC.

Ce va aduce viitorul?

„Noua descoperire va face din cercetarea OSC un domeniu interesant, iar acest lucru va crea probabil oportunități extraordinare în aplicații precum electronicele portabile și fotovoltaice integrate în clădiri”, spune prof. Li.

Noile posibilități vor apărea atunci când celulele solare organice cu o singură joncțiune și cu costuri reduse vor putea atinge un PCE de peste 20%, împreună cu performanțe mai stabile și alte avantaje unice, cum ar fi flexibilitatea, transparența, elasticitatea, greutatea redusă și culoarea reglabilă.

Vă recomandăm să citiți și:

Combustibili lichizi din energie solară? Cercetătorii spun că este posibil

Bateriile inspirate de tehnologia NASA ar putea funcționa până la 30 de ani

O idee radicală ar putea face viitoarele misiuni spațiale de 100 de ori mai puternice

Microsoft vrea să obțină energie prin fuziune nucleară până în 2028