Nowa metoda produkcji ma zwiększyć sprawność ogniw organicznych do 6,5%

Nowa metoda produkcji ma zwiększyć sprawność ogniw organicznych do 6,5%

Naukowcy z University of California w Santa Barbara (USA) pod kierownictwem laureata Nagrody Nobla z 2000 roku, Alana Heegera, wraz z naukowcami z południowo koreańskiego Gwangju Institute of Science and Technology (Korea Południowa), opracowali nowy proces wytwarzania organicznych ogniw słonecznych. Nowa metoda produkcji może zwiększyć sprawność ogniw do 6,5%. Jest to rekordowy wynik dla ogniw wykonanych z tworzyw sztucznych.

W nowym procesie za pomocą techniki nadruku nakłada się na siebie kilka warstw polimeru tworząc ogniwo trójwarstwowe o rekordowej sprawności. Konstruktorzy twierdzą, że ich technologia oferuje szerokie możliwości dalszego rozwoju, w toku dalszych badań zamierzają jeszcze bardziej zwiększyć sprawność ogniw organicznych, tak żeby opłacalne było ich zastosowanie w modułach dachowych. Nie wykluczają wzrostu sprawności ogniw organicznych do ponad 10%, co byłoby znaczącym osiągnięciem. Heeger spodziewa się, że jego technologia pojawi się na rynku za około trzy lata.

Ogniwa wykonane z kilku warstw polimerów stosowane są już w tradycyjnych modułach solarnych, zwiększają one produkcję energii na dwa sposoby. Półprzewodniki w poszczególnych warstwach można zoptymalizować, tak żeby absorbowały światło o różnej długości fal, zwiększając tym samym ilość światła „wpadającego” do urządzenia. Oprócz tego ogniwa wielowarstwowe dysponują większym napięciem, co zwiększa moc uzyskiwaną.

Do tej pory konstruktorom nie udawało się opracować ogniwa organicznego wykonanego w technologii wielowarstwowej. Podczas nanoszenia roztworów tworzyw przewodzących, z jakich wykonane są ogniwa organiczne, i innych materiałów metodą natryskiwania na folię z tworzywa sztucznego warstwy różnych tworzyw mieszały się ze sobą, co zamiast wzrostu sprawności ogniwa powodowało jej spadek. Nowa technologia ma wyeliminować ten problem dzięki wykorzystaniu specjalnego separatora oddzielającego od siebie poszczególne warstwy podczas natryskiwania.

Konstrukcja poszczególnych warstw ogniwa wytworzonego z wykorzystaniem technologii opracowanej przez naukowców pod przewodnictwem Heegera przedstawia się następująco. Warstwa dolna ogniwa wypełniona jest polimerem będącym pochodną politiofenu, który absorbuje zarówno promieniowanie podczerwone, jak i ultrafioletowe. Następnie nanoszona jest warstwa podtlenku tytanu będąca separatorem, która uszczelnia dolną warstwę i stanowi podstawę pod warstwę górną. Dodatkowo warstwa ta, jako że wykonana jest z metalu, odprowadza elektrony wytworzone w obu warstwach. Warstwa górna wykonana jest z innego polimeru przewodzącego, który absorbuje głównie światło niebieskie i zielone.

Wytwórcy ogniw uważają, że produkcja masowa ogniw z wykorzystaniem technologii opracowanej przez zespół Heegera może być trudna. Co prawda naukowcom udało się wytworzyć ogniwa wielowarstwowe oddzielając od siebie poszczególne warstwy w czasie produkcji, jednak przeprowadzono to w warunkach laboratoryjnych. W zakładach wytwórczych, gdzie maszyny pracują w ruchu ciągłym z dużą prędkością, może to być trudne.

(au)