Hybrydowe ogniwa słoneczne mają aplikacje w elastycznej elektronice i urządzeniach przenośnych
Nov 03, 2018

Zrozumienie wpływu defektów powierzchni leży u podstaw poprawy wydajności hybrydowych organicznych / nieorganicznych ogniw słonecznych.

               Hybrydowe ogniwa słoneczne wykorzystują interfejs zawierający warstwy organicznych i nieorganicznych materiałów do konwersji światła słonecznego na energię elektryczną. Tlenek cynku (ZnO) jest popularnym materiałem nieorganicznym, ponieważ jest tani, nietoksyczny i łatwo dostępny.

Jednakże wydajność konwersji hybrydowych ogniw słonecznych przy użyciu heterołączników masowych ZnO / organicznych donorów jest obecnie bardzo niska - zaledwie 2 procent, gdy ZnO jest mieszany z organicznym materiałem donorowym. Z drugiej strony uzyskuje się przyzwoitą wydajność 6,1%, gdy ZnO stosuje się jako warstwę umieszczoną pomiędzy elektrodą a warstwą akceptorów polimerowych lub drobnocząsteczkowych.

Jean-Luc Bredas z ośrodka badawczego KAUST Solar & Photovoltaics Research Center i kolega Hong Li podejrzewają, że wewnętrzne defekty ZnO są kluczowym czynnikiem słabej wydajności. Porównując różnice w właściwościach elektronicznych między różnymi materiałami hybrydowymi, stwierdzono, że puste cynku zmniejszają wydajność konwersji, utrudniając proces rozdzielania ładunku na styku materiałów organicznych i nieorganicznych.

Powszechnie wiadomo, że ZnO przyjmuje różne role w heterozłączach masowych w zależności od rodzaju użytego materiału organicznego i zastosowanej architektury. Po zmieszaniu z polimerami lub małocząsteczkowymi dawcami, takimi jak seksoiotyny, ZnO przyjmuje rolę akceptora elektronów: przyjmuje lub "przyjmuje" elektrony i pozostawia dodatnio naładowane dziury w warstwie sekwestynnetynylu.

Po umieszczeniu pomiędzy elektrodą a warstwą akceptora fulerenu, ZnO pomaga przenieść elektrony z warstwy fulerenu na elektrodę. Te procesy umożliwiają wydajną konwersję światła słonecznego na energię elektryczną.

Naukowcy wykorzystali symulacje komputerowe do zbadania, w jaki sposób wolne cynku na powierzchni tlenku cynku wpływają na te dwa procesy. W przypadku heteroinstrukcji masowej ZnO / płciowości, wolne cynku na powierzchni ZnO mogą utrudniać miejscowe przenoszenie ładunku na granicy ZnO / seksendienyl i mogą również zapobiegać skutecznemu rozdzielaniu ładunku z powodu silnych oddziaływań Coulomba. Jednak w przypadku interfejsu ZnO / fuleren, takie wakanse nie mają istotnego wpływu na proces przenoszenia ładunku.

Z tych powodów opracowane do tej pory heterozłącza ZnO / organiczne są nieefektywne. Dla porównania, woluminy cynku mają znacznie większy negatywny wpływ na ZnO / sekstytynyl niż na interfejsy ZnO / fuleren. Wyniki mają ważne implikacje dla rozwoju hybrydowych ogniw słonecznych, które mają zastosowanie w elastycznej elektronice i urządzeniach przenośnych.

"Z naszych badań wynika, w jakim stopniu defekty powierzchni tlenków metali, takich jak ZnO, determinują ogólne właściwości elektronowe i ostatecznie sprawność urządzeń" - zauważa Bredas. Zasugerował, że wyniki wskazują możliwe sposoby poprawy wydajności ogniw słonecznych poprzez modyfikacje powierzchni.

Para: Nr

Następny: MWC: Phones Lose Grip On Mobile