Jak zbudować wydajne organiczne ogniwa słoneczne

Fot. Pixabay CC0

Ogniwa słoneczne wykonane z materiałów na bazie węgla to tzw. organiczne ogniwa słoneczne. W porównaniu do innych mają one wiele zalet: można je wytwarzać za pomocą tanich technologii drukowania, a także mogą być półprzezroczyste i wielobarwne, co można wykorzystać w architekturze.

Mimo wszystkich swoich zalet, nie są pozbawione i wad. Przede wszystkim charakteryzują się dużymi stratami. Jednak i w tej mierze coś się powoli zmienia. Naukowcy z siedmiu instytutów badawczych pod wodzą Feng Gao ze Szwecji opracowali zasady projektowania wysoce efektywnych organicznych ogniw słonecznych. "Opracowaliśmy pewne racjonalne zasady projektowania, aby zminimalizować straty energii w ekologicznych ogniwach słonecznych" - mówi Gao.

Dzięki tym zasadom organiczne ogniwa słoneczne mają szanse dogonić swoich konkurentów pod względem wydajności konwersji energii. Jest to miara energii promieniowania słonecznego przetwarzanego na energię elektryczną. Teoretyczna granica, którą można uzyskać w ogniwach słonecznych, wynosi około 33 procent. Eksperymenty laboratoryjne z ogniwami krzemowymi osiągnęły w najlepszym razie 25. Naukowcy do tej pory wierzyli, że limit dla organicznych ogniw jest jeszcze niższy.

Dzięki swoim badaniom naukowcy udowodnili jednak, że teoretyczna granica jest taka sama dla ogniw słonecznych wytwarzanych z krzemu, perowskitów czy polimerów. Kiedy fotony światła widzialnego są pochłaniane przez półprzewodnikowy polimer, elektrony w materiale donorowym są wzbudzane, a w stanie podstawowym powstają „dziury", które przyciągają elektrony. Aby temu zapobiec, dodaje się materiał akceptorowy. Jednak zwykle powoduje on dodatkowe straty energii, co stało na przeszkodzie rozwojowi organicznych ogniw przez prawie dwie dekady.

Naukowcy z siedmiu instytutów badawczych, m.in. z USA, Chin i Europy, wspólnie wyprodukowali kilkanaście materiałów, które nie generują tak dużych strat energii. Niektóre z nich były już wcześniej zgłaszone, a inne są zupełnie nowe.

(KB)