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Neue flexible ultradünne organische Solarzelle ist sowohl hocheffizient als auch langlebig

Flexible Solarzelle

Foto auf Lager, das eine flexible Solarzelle darstellt.

Wissenschaftlern des RIKEN-Clusters für Pionierforschung und des RIKEN-Zentrums für Emergent Matter Science ist es in Zusammenarbeit mit internationalen Partnern gelungen, eine ultradünne organische Solarzelle zu entwickeln, die sowohl hocheffizient als auch langlebig ist. Mit einem einfachen Nachglühverfahren wurde eine flexible organische Zelle geschaffen, die sich unter atmosphärischen Bedingungen innerhalb von 3.000 Stunden um weniger als 5 Prozent zersetzt und gleichzeitig ein Energieumwandlungsverhältnis – ein Schlüsselindikator für die Leistung von Solarzellen – von 13 Prozent aufweist.

Organische Photovoltaik gilt als vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Filmen auf Siliziumbasis, da sie umweltfreundlicher und kostengünstiger herzustellen ist. Ultradünne flexible Solarzellen sind besonders attraktiv, da sie eine große Leistung pro Gewicht liefern und in einer Vielzahl nützlicher Anwendungen wie der Stromversorgung tragbarer Elektronik sowie als Sensoren und Aktoren in der weichen Robotik eingesetzt werden können. Ultradünne organische Filme neigen jedoch dazu, relativ effizient zu sein, typischerweise mit einem Energieumwandlungsverhältnis von etwa 10 bis 12 Prozent, das signifikant niedriger ist als das Verhältnis in Siliziumzellen, die bis zu 25 Prozent betragen können, oder in starren organischen Zellen, die dies können bis zu rund 17 Prozent sein. Ultradünne Filme neigen auch dazu, sich unter dem Einfluss von Sonnenlicht, Wärme und Sauerstoff schnell abzubauen. Forscher versuchen, ultradünne Filme herzustellen, die sowohl energieeffizient als auch langlebig sind, aber es ist oft ein schwieriger Kompromiss.

In der Forschung veröffentlicht in Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften In den Vereinigten Staaten von Amerika gelang es der Gruppe zu zeigen, dass eine ultradünne Zelle sowohl langlebig als auch effizient sein kann. Die Gruppe begann mit einem Halbleiterpolymer für die Donorschicht, das von Toray Industries, Inc. entwickelt wurde, und experimentierte mit einer neuen Idee, einen Nicht-Fulleren-Akzeptor zu verwenden, um die thermische Stabilität zu erhöhen. Darüber hinaus experimentierten sie mit einem einfachen Nachglühverfahren, bei dem das Material auf 150 Grad erhitzt wurde Celsius nach einem anfänglichen Tempern bei 90 Grad. Dieser Schritt erwies sich als entscheidend für die Erhöhung der Haltbarkeit der Vorrichtung durch Schaffung einer stabilen Grenzfläche zwischen den Schichten.

Kenjiro Fukuda, einer der Autoren der Studie, erklärt: „Durch die Kombination einer neuen Stromerzeugungsschicht mit einer einfachen Nachglühbehandlung haben wir sowohl eine hohe Energieumwandlungseffizienz als auch eine langfristige Lagerstabilität in ultradünnen organischen Solarzellen erreicht . Unsere Forschung zeigt, dass ultradünne organische Solarzellen verwendet werden können, um über lange Zeiträume stabil hohe Leistung zu liefern, und auch unter schwierigen Bedingungen wie hoher Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Ich hoffe sehr, dass diese Forschung zur Entwicklung langzeitstabiler Stromversorgungsgeräte beitragen wird, die in tragbaren Elektronikgeräten wie an Kleidung befestigten Sensoren verwendet werden können. “

Referenz: „Hocheffiziente organische Photovoltaik mit verbesserter Stabilität durch Bildung dotierungsinduzierter stabiler Grenzflächen“ von Zhi Jiang, Fanji Wang, Kenjiro Fukuda, Akchheta Karki, Wenchao Huang, Kilho Yu, Tomoyuki Yokota, Keisuke Tajima, Thuc-Quyen Nguyen, und Takao Someya9 März 2020, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
DOI: 10.1073 / pnas.1919769117

Die Forschung wurde von RIKEN-Forschern geleitet und in Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Tokio, der Universität von Kalifornien in Santa Barbara und der Monash University durchgeführt.