Σπίτι > Ειδήσεις > Περιεχόμενο
Υβριδικά ηλιακά κύτταρα έχουν εφαρμογές σε ευέλικτες ηλεκτρονικές συσκευές και φορητές συσκευές
Nov 03, 2018

Η κατανόηση του αντίκτυπου των επιφανειακών ελαττωμάτων υπογραμμίζει τη βελτιωμένη απόδοση των υβριδικών οργανικών / ανόργανων ηλιακών κυττάρων.

               Τα υβριδικά ηλιακά κύτταρα χρησιμοποιούν μια διεπαφή που περιλαμβάνει στρώματα οργανικών και ανόργανων υλικών για τη μετατροπή του ηλιακού φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια. Το οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO) είναι μια δημοφιλής επιλογή για το ανόργανο υλικό επειδή είναι φτηνό, μη τοξικό και άμεσα διαθέσιμο.

Ωστόσο, η αποδοτικότητα μετατροπής των υβριδικών ηλιακών κυττάρων με τη χρήση ετερο-συνδέσεων χύδην ZnO / οργανικού δότη είναι σήμερα πολύ χαμηλή - μόνο 2% όταν αναμειγνύεται το ZnO σε οργανικό υλικό δότη. Από την άλλη πλευρά, επιτυγχάνεται αξιοπρεπής αποτελεσματικότητα 6,1% όταν χρησιμοποιείται ZnO ως στρώμα που είναι τοποθετημένο μεταξύ ενός ηλεκτροδίου και ενός στρώματος πολυμερούς ή δέκτες μικρών μορίων.

Ο Jean-Luc Bredas από το Κέντρο Ερευνών της KAUST Solar & Photovoltaics Engineering και ο συνάδελφός του Hong Li υποπτεύονται ότι τα εγγενή ελαττώματα στο ZnO αποτελούν βασικό παράγοντα της κακής απόδοσης. Συγκρίνοντας τις διαφορές στις ηλεκτρονικές ιδιότητες μεταξύ διαφόρων υβριδικών υλικών, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι οι κενές θέσεις ψευδαργύρου μειώνουν την απόδοση μετατροπής παρεμποδίζοντας τη διαδικασία διαχωρισμού των φορτίων στη διεπιφάνεια μεταξύ των οργανικών και των ανόργανων υλικών.

Είναι γνωστό ότι ο ZnO υιοθετεί διαφορετικούς ρόλους σε μαζικές ετεροδεσίες ανάλογα με τον τύπο του οργανικού υλικού και την αρχιτεκτονική που χρησιμοποιείται. Όταν αναμιγνύεται με πολυμερή ή μικρούς μοριακούς δότες όπως το σεληθειενύλιο, το ZnO αναλαμβάνει το ρόλο ενός δέκτη ηλεκτρονίων: αναλαμβάνει ή "δέχεται" τα ηλεκτρόνια και αφήνει πίσω τους θετικά φορτισμένες οπές σε στρώμα σεβιοθιενυλίου.

Όταν τοποθετείται σάντουιτς μεταξύ ενός ηλεκτροδίου και ενός στρώματος δέκτη φουλλερενίου, το ΖηΟ βοηθάει τη μεταφορά των ηλεκτρονίων από το στρώμα φουλλερενίου στο ηλεκτρόδιο. Αυτές οι διαδικασίες επιτρέπουν την αποτελεσματική μετατροπή του ηλιακού φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν προσομοιώσεις υπολογιστών για να εξετάσουν πώς οι κενές θέσεις ψευδαργύρου στην επιφάνεια του οξειδίου του ψευδαργύρου επηρεάζουν αυτές τις δύο διαδικασίες. Για την ετερογένεση χύμα ZnO / sexithienyl, οι κενές θέσεις ψευδαργύρου στην επιφάνεια ZnO μπορούν να εμποδίσουν την τοπική μεταφορά φορτίου στη διεπαφή ZnO / sexithienyl και μπορούν επίσης να αποτρέψουν τον αποτελεσματικό διαχωρισμό φορτίου λόγω ισχυρών αλληλεπιδράσεων Coulomb. Ωστόσο, για τη διεπαφή ZnO / fullerene, αυτές οι κενές θέσεις δεν επηρεάζουν σημαντικά τη διαδικασία μεταφοράς φορτίου.

Για τους λόγους αυτούς, οι ZnO / οργανικές ετεροδεξίες που αναπτύχθηκαν μέχρι τώρα είναι αναποτελεσματικές. Σε σύγκριση, ωστόσο, οι κενές θέσεις ψευδαργύρου έχουν σημαντικά υψηλότερες αρνητικές επιπτώσεις στο ZnO / sexithienyl παρά στις διεπαφές ZnO / fullerene. Τα αποτελέσματα έχουν σημαντικές επιπτώσεις στην ανάπτυξη υβριδικών ηλιακών κυττάρων, τα οποία έχουν εφαρμογές σε ευέλικτα ηλεκτρονικά και φορητές συσκευές.

"Αυτό που μάθαμε από τις έρευνές μας είναι σε ποιο βαθμό τα ελαττώματα στην επιφάνεια των αγώγιμων μεταλλικών οξειδίων όπως το ZnO καθορίζουν τις συνολικές ηλεκτρονικές ιδιότητες και τελικά τις αποδοτικότητες της συσκευής", σημείωσε ο Bredas. Πρότεινε ότι τα ευρήματα δείχνουν πιθανούς τρόπους βελτίωσης της αποδοτικότητας των ηλιακών κυττάρων μέσω τροποποιήσεων της επιφάνειας.