Organische fotovoltaïsche (OPV) cellen, een derde generatie zonneceltechnologie die zonne-energie kan omzetten in elektriciteit, zijn efficiënter gebleken dan siliciumcellen onder LED-verlichting binnenshuis met een lage lichtintensiteit. Deze cellen hebben ook een groot potentieel getoond voor het aandrijven van een laag verbruik, off-the-grid elektronica in binnenomgevingen.

Ondanks hun enorme potentieel, de stroomconversie-efficiëntie van OPV-cellen wordt momenteel beperkt door aanzienlijke verliezen in hun nullastspanning. In aanvulling, eerdere studies suggereren dat bij gebruik voor binnenverlichting hun absorptiespectrum verre van optimaal is.

In een zoektocht om deze beperkingen te overwinnen, een team van onderzoekers van de Chinese Academie van Wetenschappen in China en de Universiteit van Linköping in Zweden hebben onlangs een niet-fullereenacceptor ontworpen die hoogwaardige organische fotovoltaïsche cellen voor binnentoepassingen mogelijk maakt. Deze nieuwe acceptant, gepresenteerd in een paper gepubliceerd in Natuur Energie , kan worden gemengd met een polymeerdonor om een ​​fotoactieve laag te verkrijgen met een absorptiespectrum dat overeenkomt met dat van lichtbronnen binnenshuis.

De actieve laag die lichtenergie omzet in elektrische energie in organische zonnecellen, zoals OPV's, bestaat uit een fijne mix van twee moleculen, die worden aangeduid als de donor en de acceptor. Deze moleculen kunnen in wezen worden afgestemd om soorten licht met verschillende golflengten te absorberen.

"In dit werk, we presenteren een donor/acceptor-combinatie die is afgestemd om zichtbaar licht te absorberen, " Jonas Bergqvist, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde TechXplore. "De donor en acceptor zijn afgestemd om ook onder zonlicht een hoge spanning van 1,24V te leveren."

Bergqvist en zijn collega's combineerden de door hen ontwikkelde acceptor, genaamd IO-4Cl, met een polymeerdonor die bekend staat als PBDB-TF. Door deze twee moleculen te combineren, ze bereikten een fotoactieve laag met een absorptiespectrum dat is afgestemd op dat van lichtbronnen binnenshuis, waardoor het ideaal is voor binnentoepassingen.

"Veel hoogwaardige acceptoren voor organische fotovoltaïsche energie hebben een lage bandgap met een absorptiebegin van ~800 nm, " zei Bergqvist. "In dit werk, we hebben de acceptor ITIC aangepast om de bandgap te vergroten en op deze manier de materiaalabsorptie af te stemmen op het binnenverlichtingsspectrum (passend bij zichtbaar licht 400-700 nm)."

De brede bandgap die wordt waargenomen in het door de onderzoekers bedachte materiaal resulteert in een hogere spanning, waardoor hogere energieprestaties in binnenomgevingen mogelijk zijn. De onderzoekers evalueerden de prestaties van hun acceptor in situaties waarin de enige verlichting een LED-licht met lage intensiteit was, simulatie van typische omstandigheden in verschillende binnenruimtes, inclusief woonkamers, bibliotheken en winkelcentra.

Bij deze testen de door hen ontwikkelde acceptor maakte een stroomconversie-efficiëntie tot 26,1 procent mogelijk, met behulp van een 1 cm ² apparaat. Toen Bergqvist en zijn collega's groter testten (d.w.z. 4 cm ² ) apparaten aangedreven door hun acceptor, ze bereikten een opmerkelijke stroomconversie-efficiëntie van 23,9 procent.

"De digitalisering van onze samenleving neemt toe en Internet of Things en slimme apparaten zijn een sterk groeiende markt, "Zei Bergqvist. "Veel van deze apparaten verbruiken weinig stroom en efficiënte apparaten voor het oogsten van lichte energie kunnen helpen om ze van stroom te voorzien. De hoogwaardige OPV's in combinatie met het printen en coaten van rol-tot-rolproductie laten een groot potentieel zien om verbonden slimme dingen aan te drijven."

De wijde opening, niet-fullereenacceptor ontwikkeld door Bergqvist en zijn collega's zou eindelijk hogere prestaties mogelijk kunnen maken in organische fotovoltaïsche cellen in binnenomgevingen. Dit zou belangrijke implicaties kunnen hebben voor de ontwikkeling van meer geavanceerde zonneceltechnologie, die niet beperkt is tot buitentoepassingen.

"We kunnen het absorptiespectrum van deze organische materialen gemakkelijk afstemmen, zodat we de efficiëntie voor de conversie van binnenverlichting kunnen maximaliseren, "Feng Gao, een andere onderzoeker die bij het onderzoek betrokken was, vertelde TechXplore. "Dit is niet mogelijk voor commerciële siliciumzonnecellen. Om deze reden is Ik geloof echt dat organische zonnecellen een unieke en veelbelovende kandidaat zijn voor binnentoepassingen zoals het internet der dingen."

In de komende jaren, de nieuwe acceptor voor OPV-cellen die door dit team van onderzoekers is ontwikkeld, zou kunnen worden gebruikt om energiezuinigere apparaten te maken. In hun toekomstige werk, Bergqvist, Gao en hun collega's zijn van plan om samen met Jianhou Hou van de Chinese Academie van Wetenschappen de acceptor verder te ontwikkelen. het onderzoeken van nieuwe manieren om de prestaties te verbeteren.

Bijvoorbeeld, het verhogen van de fotostroom zou kunnen leiden tot een verdere verhoging van de efficiëntie van de stroomconversie. Berekeningen die door de onderzoekers zijn uitgevoerd, suggereren dat het theoretisch mogelijk zou kunnen zijn om de energieconversie-efficiëntie boven de 40 procent te brengen.

© 2019 Wetenschap X Netwerk