A polimerekből előállított napelemek olcsók és könnyűek lehetnek, ám a tudósok küzdenek annak érdekében, hogy hatékonyan előállítsák az elektromos áramot.
A polimer egy olyan nagy molekula típus, amely műanyagokat és más ismert anyagokat alkot.
„A mező meglehetősen éretlen - még gyerekcipőben jár” - mondja Luping Yu, a Chicagói Egyetem kémiai professzora.
A Yu által vezetett kutatók egy csoportja új polimert azonosított, amely lehetővé teszi az elektromos töltések könnyebb mozgását a cellán keresztül, ezáltal fokozva az áramtermelést.
„A polimer napelemeknek nagy a lehetősége, hogy olcsó, könnyű és rugalmas elektronikus eszközöket nyújtsanak a napenergia gyűjtéséhez” - mondja Luyao Lu, a kémia végzős hallgatója és a napló egyik írójának szerzője. Nature fotonika amely leírja az eredményt.
Az ilyen napelemek aktív régiói polimerek keverékéből állnak, amelyek elektronokat adnak és fogadnak, hogy fény hatására elektromos áramot hozzanak létre. A Yu csoport által kifejlesztett új polimer, PID2 néven javítja az elektromos áramtermelés hatékonyságát 15 százalékkal, amikor a szokásos polimer-fullerén keverékhez adják.
"A fullerene, egy kis szénmolekula, a szoláris cellákban használt szokásos anyagok közé tartozik" - mondja Lu. "Alapvetően a napelemekben polimer van elektron donor, és a fullerén elektron akceptor, amely lehetővé teszi a töltés elválasztását."
Munkájuk során a kutatók újabb polimert adtak az eszközhöz, így két polimerrel és egy fullerénvel rendelkező napelemeket eredményeztek.
8.2 hatékonyság százalékban
A csoport 8.2 százalékos hatékonyságot ért el, amikor optimális mennyiségű PID2-et adtak hozzá - ez a legmagasabb a napelemek esetében, amelyek kétféle fullerén polimerből állnak -, és az eredmény azt sugallja, hogy további munkával még nagyobb hatékonyság is lehetséges.
A csoport, amelybe beletartoznak az Argonne Nemzeti Laboratórium kutatói, most arra törekszik, hogy a hatékonyságot az 10 százalék felé mozdítsa el, ami egy referenciaérték, amely ahhoz szükséges, hogy a polimer napelemek kereskedelmi szempontból életképesek legyenek.
Az eredmény figyelemre méltó nemcsak a műszaki képességek fejlődésének köszönhetően - jegyzi meg Yu, hanem azért is, mert a PID2 új módszerrel javította a hatékonyságot. A harmadik polimer hatékonyságának fokozására szolgáló szokásos mechanizmus az, hogy növelik a fény abszorpcióját az eszközben.
Hogyan működik
De ezen felül a csoport megállapította, hogy amikor PID2-et adtak hozzá, a töltések könnyebben szállíthatók a polimerek között és a sejt egész területén.
Annak érdekében, hogy a napelem áramot generáljon, az elektronokat a polimerről a fullerénre kell vinni az eszközön belül. A standard polimer-fullerén elektron-energiaszintjei közötti különbség azonban elég nagy, hogy az elektronok közötti átvitele nehéz. A PID2 energiaszintje van a másik kettő között, és közreműködik a folyamatban.
"Ez olyan, mint egy lépés" - mondja Yu. "Ha túl magas, nehéz felmászni, de ha egy másik lépést tesz a közepére, akkor könnyedén fel tudsz járni."
A PID2 hozzáadása miatt a polimerkeverék szálakat képez, amelyek javítják az elektronok mobilitását az anyagban. A szálak útvonalként szolgálnak, amely lehetővé teszi az elektronok számára, hogy a napelem oldalán levő elektródák felé haladjanak.
"Olyan, mintha egy utcát generálna, és valaki, aki az utcán halad, megtalálja a módját, hogy ebből a végből a másikba menjen" - magyarázza Yu.
Ezen struktúra feltárására Wei Chen, az Argonne Nemzeti Laboratórium Anyagtudományi Osztálya és a Molekuláris Műszaki Intézet röntgen szórási vizsgálatokat végzett az Argonne fejlett fotonforrása és Lawrence Berkeley fejlett fényforrása felhasználásával.
"Enélkül nehéz betekintést nyerni a szerkezetbe" - mondja Yu. "Ez hatalmas előnyökkel jár számunkra."
"Ez az ismeret alapul szolgál majd a nagy hatékonyságú organikus fotovoltaikus készülékek kifejlesztéséhez, hogy megfeleljen a nemzet jövőbeli energiaigényének" - tette hozzá Chen.
Forrás: University of Chicago
Eredeti tanulmány
A szerzőről
Emily Conover tudományos író, aki jártas a fizikában és a csillagászatban. Ír a Chicagói Egyetem Hírügynökségének és saját személyes tudományos blogjának, a Gyenge interakcióknak, és elérhető szabadúszó tudományos vagy műszaki írásokhoz.
Nyilvánosságra hozatali nyilatkozat: A Nemzeti Tudományos Alapítvány, a Légierő Tudományos Kutatási Irodája és az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma finanszírozta a kutatást.
Ajánlott könyv:
Zöld varázsló: Természetvédelem, napenergia, organikus kertészkedés és egyéb gyakorlati készségek a megfelelő technikai eszközkészletből - John Michael Greer
Az ősi időkben a varázsló szabadúszó intellektuális volt, akinek a kereskedelem fő állománya jó tanács volt, amelyet a mezőgazdaság, a navigáció, a politikai és a katonai tudomány, a nyelvek, a kereskedelem, a matematika, az orvostudomány és a természettudományok alapos ismerete támogatta. Ezt a könyvet mindenki számára el kell olvasni, ha aggódik, hogy csökkentjük-e függőségünket a túlterhelt ipari rendszertől, és a súlyos energiahiány és gazdasági problémák világában az élet sokkal kevésbé traumatikus és élhetőbbé válik. Az ökológia alapelveitől a gyakorlati technikák sokaságáig a Green Wizardry egy átfogó kézikönyv a mai varázsló-képzéshez.
Kattintson ide további információkért és / vagy a könyv megrendeléséért.
