Органические солнечные элементы (OSC) довели свою эффективность до более чем 10%, чтобы достичь жизнеспособного уровня для коммерциализации. Однако увеличение толщины фотоактивного слоя привело к снижению уровня эффективности, что усложнило производственный процесс.
Исследовательская группа под руководством профессора Чангдук Янг и его исследовательской группы в Школе энергетики и химической инженерии UNIST представила новый метод, который может решить проблемы, связанные с толщиной фотоактивных слоев в OSC.
В ходе исследования исследовательской группе удалось получить эффективность 12,01% в органических солнечных элементах, используя акцептор неполноценности (IDIC) в фотоактивном слое. Более того, новый фотоактивный слой сохранял свою первоначальную эффективность даже при максимальной измеренной толщине в диапазоне 300 нм. Это поможет ускорить процесс проектирования, а также дальнейшую коммерциализацию OSC.
«Фотоактивные слои в существующих OSC довольно тонкие (100 нм), и поэтому было невозможно обрабатывать их с помощью процесса печати на больших площадях», - говорит профессор Ян. «Новый фотоактивный слой сохранил свою первоначальную эффективность даже при максимальной измеренной толщине в диапазоне 300 нм».
Обычные солнечные элементы представляют собой неорганические солнечные элементы, изготовленные из кремниевых (Si) полупроводников. Хотя эти солнечные элементы очень эффективны и стабильны, они негибкие и дорогие, что затрудняет их производство. Поэтому в последние годы легкие органические солнечные элементы (OSC) и солнечные элементы на основе перовскита привлекли большое внимание как многообещающие кандидаты для солнечных элементов следующего поколения.
Хотя OSC действительно демонстрируют высокую стабильность и воспроизводимость, уровень эффективности OSC далеко не так высок, как у перовскитных солнечных элементов. В ходе исследования профессор Ян решил вопросы, связанные с толщиной фотоактивных слоев в OSC, тем самым приблизившись к реализации процесса печати на больших площадях.
Фотоактивные слои, используемые в солнечных батареях, преобразуют солнечную энергию в электрическую. Когда эти слои подвергаются воздействию солнечного света, возбужденные электроны покидают атом и генерируют свободные электроны и дырки в полупроводнике. Здесь электрическая энергия обеспечивается движением электронов и дырок. Перенос электронов называется «Каналом I», а движение дырок - «Каналом II».
«Солнечные элементы на основе фуллеренов используют только «Канал I» из-за неэффективного поглощения света в тонких активных слоях», - говорит Санг Мён Ли в Combined M. С./доктор философии программа в Школе энергетики и химического машиностроения UNIST, первый автор исследования. «Новые солнечные элементы способны использовать как канал I, так и канал II, тем самым обеспечивая высокий уровень эффективности 12,01%.»
«Это исследование подчеркивает важность оптимизации компромисса между разделением/транспортировкой заряда и размером домена для достижения высокопроизводительных NF-PSC», - говорит профессор Ян. «В будущем мы будем способствовать производству и коммерциализации высокоэффективных органических солнечных элементов».
«Наше исследование представляет собой новый путь синтеза нефуллереновых фотоактивных материалов», - говорит профессор Ян. «Мы надеемся внести дальнейший вклад в производство и коммерциализацию высокоэффективных ячеек OSC».