Organiczne ogniwa słoneczne (OSC) od lat uchodziły za ogniwa potencjalnie rewolucjonizujące cały sektor fotowoltaiczny. Są bowiem lekkie, potencjalnie tanie, gotowe do zastosowań na dużą skalę w elastycznych i niestandardowych instalacjach. Ograniczała je jednak ich relatywnie niska sprawność oraz konieczność stosowania toksycznych rozpuszczalników, ale teraz, dzięki drobnej, ale sprytnej korekcie w chemii, ten trend może się całkowicie odwrócić. Tak przynajmniej wynika z badań zespołu z Uniwersytetu Technologicznego w Shenzhen.
Chińskie organiczne ogniwa słoneczne nowej generacji. 20% sprawności bez halogenów i toksyn
Kluczem do zrewolucjonizowania organicznych ogniw słonecznych okazały się dwa niemal identyczne dodatki, bo ODBC (octyl-diphenyl-benzene-carboxylate) i PDBC (propyl-diphenyl-benzene-carboxylate) wprowadzone do warstwy akceptorowej ogniwa z użyciem toulenu, czyli rozpuszczalnika bezpieczniejszego od chloroformu. To właśnie w tej warstwie znajduje się materiał, który przyjmuje elektrony od warstwy donorowej po wzbudzeniu światłem. Gdy foton uderza w materiał donorowy, wzbudza elektron, ale żeby ten elektron mógł być skutecznie przekazany dalej (np. do elektrody), musi “przeskoczyć” do materiału akceptorowego. Tam trafia do pasma przewodnictwa, a dziura (brak elektronu) zostaje w donorze. Dzięki temu zjawisku powstaje prąd.
Czytaj też: Nowa fotowoltaika z Chin może zmiażdżyć krzem. Zachwyca wydajnością i ceną
Wspomniane cząsteczki działają jak molekularne przewodniki, zapobiegając agregacji materiału i prowadząc do uporządkowanego rozmieszczenia składników w strukturze pochłaniającej światło, a to akurat jest kluczowe, ponieważ mikroskopowa morfologia aktywnych warstw OSC bezpośrednio wpływa na generowanie, transport i zbieranie ładunków elektrycznych. Nowe dodatki umożliwiają precyzyjne krystalizowanie warstw podczas suszenia, co w praktyce przekłada się na wydajność na poziomie 19,7–20,0%, a wszystko to zostało osiągnięte bez użycia toksycznych rozpuszczalników.
Czytaj też: Elektryki kontra podtopienia i zalane drogi. Chińczycy przeprowadzili ekstremalny test akumulatora
Wciąż jednak pozostaje wiele wyzwań, aby wprowadzić organiczne ogniwa słoneczne do użytku. Obejmuje to ich trwałość w warunkach zewnętrznych, odporność na UV i wilgoć, skalowalność produkcji oraz powtarzalność wyników między poszczególnymi wyprodukowanymi modułami. Dlatego też, choć nowa chemia zwiększa stabilność w laboratorium, dopiero testy terenowe pokażą, czy można nią zastąpić krzemowe panele w rzeczywistych warunkach. Badacze będą więc musieli udowodnić, że ich technologia nie jest jedynie laboratoryjnym osiągnięciem i ma potencjał na komercjalizację w przeciągu kilku lat.