Bij het streven naar duurzame energieoplossingen staat de zoektocht naar efficiëntere zonnecellen voorop. Organische fotovoltaïsche cellen zijn een veelbelovend alternatief gebleken voor traditionele op silicium gebaseerde tegenhangers vanwege hun flexibiliteit en kosteneffectiviteit. Het optimaliseren van hun prestaties blijft echter een grote uitdaging.

In een baanbrekende zet heeft nieuw onderzoek van de Abdullah Gül Universiteit (Türkiye) de structuur van organische fotovoltaïsche cellen opnieuw bedacht, waarbij is gekozen voor een halfronde schaalvorm om ongekend potentieel op het gebied van lichtabsorptie en hoekdekking te ontsluiten.

Zoals gerapporteerd in het Journal of Photonics for Energy Deze innovatieve configuratie heeft tot doel de lichtabsorptie en hoekdekking te maximaliseren, en belooft het landschap van hernieuwbare energietechnologieën opnieuw te definiëren. De studie presenteert geavanceerde computationele analyses en vergelijkende benchmarks om de opmerkelijke mogelijkheden van dit nieuwe ontwerp onder de aandacht te brengen.

In de studie onderzoekt professor Dooyoung Hah van de Abdullah Gül Universiteit de absorptiespectra binnen de halfbolvormige schaalvormige actieve laag, waardoor gedetailleerd wordt onderzocht hoe licht interageert met de structuur en materialen van de cel via een computertechniek die bekend staat als driedimensionale eindige elementen. analyse (FEA).

FEA kan helpen bij het oplossen van complexe technische problemen door constructies op te delen in kleinere, beter beheersbare delen, eindige elementen genaamd, waardoor simulatie en analyse van het gedrag van de gehele constructie onder verschillende omstandigheden mogelijk is, zoals verschillende lichtgolflengten en invalshoeken.

De gerapporteerde FEA-resultaten zijn opmerkelijk. Bij blootstelling aan transversaal elektrisch (TE)-gepolariseerd licht vertoonde de halfbolvormige schaalstructuur een opmerkelijke toename van 66 procent in lichtabsorptie vergeleken met apparaten met een platte structuur. Op vergelijkbare wijze werd voor transversaal magnetisch (TM)-gepolariseerd licht een opmerkelijke verbetering van 36 procent waargenomen.

In tegenstelling tot eerder gerapporteerde halfcilindrische schaalontwerpen, kwam de halfronde schaalstructuur naar voren als een duidelijke koploper. Het had een significante toename van 13 procent in de lichtabsorptie voor TE-polarisatie en een indrukwekkende verbetering van 21 procent voor TM-polarisatie.

Stralende toekomst:diverse toepassingen verlichten

Naast zijn uitzonderlijke absorptievermogen biedt de halfbolvormige schaalstructuur een uitgebreide hoekdekking, met een bereik tot 81 graden voor TE-polarisatie en 82 graden voor TM-polarisatie. Dit aanpassingsvermogen is vooral voordelig voor toepassingen die flexibele lichtvangst vereisen, zoals draagbare elektronica.

Hah zegt:"Met de verbeterde absorptie- en omnidirectionele eigenschappen zullen de voorgestelde halfbolvormige schaalvormige actieve lagen nuttig blijken te zijn in verschillende toepassingsgebieden van organische zonnecellen, zoals biomedische apparaten, maar ook in toepassingen zoals energieopwekkingsramen en zonnecellen. kassen, internet-of-things, enzovoort."

De halfronde schaalvorm markeert een aanzienlijke sprong voorwaarts in het ontwerp van organische zonnecellen. Door gebruik te maken van de kracht van eindige-elementenanalyse en innovatieve bouwtechniek helpt het gerapporteerde onderzoek de weg vrij te maken voor een betere, duurzamere toekomst, aangedreven door hernieuwbare energie.

Meer informatie: Dooyoung Hah, Hemisferische schaalvormige organische fotovoltaïsche cellen voor verbetering van de absorptie en verbeterde hoekdekking, Journal of Photonics for Energy (2024). DOI:10.1117/1.JPE.14.018501

Geleverd door SPIE