未来的太阳能电池：用于提高有机太阳能电池效率的系统

时间：2022-05-19 13:25:05 来源：

有机太阳能电池的生产更便宜，而且比其晶体硅制成的对应物更柔韧，但不提供相同的效率或稳定性。一组由Christoph Brabec教授领导的电子产品和能源技术研究所（I-e-ukie）主管领导的研究人员在国内科学和工程董事，一直致力于改善这些物业几年。在他的博士学位期间，作为FAU的年轻研究员的Andrej Cransen展示了使用发光受体分子可以增加效率。他的工作现已在自然能源期刊上发表。

在欧洲纬度的晴天，阳光可以在每平方米上提供大约1000瓦的辐射能量。传统的单晶硅太阳能电池转换为电力的5分之一，这意味着它们的效率约为20％。Brabec的工作组教授在2019年9月以来，在有机光伏模块中举办了效率的效率。在Energie CampusNürnberg（encn）开发的多电池模块的表面积为26厘米。 “如果我²们可以在实验室获得超过20％的人，我们可以在实践中达到15％，并成为硅太阳能电池的真正竞争，”Brabec教授说。

制造过程中灵活的应用和高能量效率

有机太阳能电池的优点是显而易见的 - 它们薄而柔软，薄膜可以适合于适合各种基板。阳光被吸收的波长可以通过使用的宏尺寸“调节”。涂有有机太阳能电池的办公室窗口，可吸收红色和红外光谱，不仅是筛分热辐射，而且同时发电。

考虑到气候变化的一个标准变得越来越重要的是太阳能电池产生更多能量而不是制造它的操作时段。该所谓的能量投资回收时间严重依赖于所使用的技术和光伏（PV）系统的位置。根据瑞士硅制成的PV模块的最新计算的最新计算，瑞士中硅的能量投资回收时间约为2.5至2.8岁。然而，根据Brabec椅子教授的托马斯·赫鲁姆博士，这次这次仅为有机太阳能电池缩短了几个月。

损失对电荷分离的表现

与“传统”硅太阳能电池相比，其有机等效物具有明确的缺点：阳光不会立即为流动产生电荷，而是所谓的激子，其中仍然束缚正负荷。“只需要吸引负电荷的受体是为了触发电荷分离，这反过来又产生了可以产生电力的免费电荷，”劳埃尔博士解释道。

需要某种驱动力来分离收费。该驱动力取决于所用聚合物的分子结构。由于来自富勒烯的材料类别的某些分子具有高驱动力，因此它们是有机太阳能电池中的电子受体的首选选择。然而，与此同时，科学家们发现高驱动力对电压有害影响。这意味着太阳能电池的输出根据适用于直流电源等于电压时间电流的公式而降低。

Andrej Cransen想知道驱动力必须达到刚刚实现激子完全充电的程度。为此，他比较了四种供体和五个受体聚合物的组合，这些聚合物已经证明了它们在有机太阳能电池中使用的可能性。Classen使用它们以在完全相同的条件下生产20个太阳能电池，其驱动力为几乎为零至0.6个电子volt。

用某些分子增加性能

测量结果提供了在研究中假设的理论的证据 - 激子和分离电荷之间的“Boltzmann均衡”，所谓的电荷转移（CT）状态。“驱动力越接近零，朝向激子的均衡越多，”LarryLüer博士说，这是Brabec工作组中的表格专家。这意味着未来的研究应该专注于防止激子免于腐烂，这意味着增加其激发'寿命'。

到目前为止，研究仅关注CT状态的运营寿命。激子可以通过发光（发光）或热量来腐烂。通过巧妙地修改聚合物，科学家们能够将热量降低至最小，尽可能地保持发光。因此，使用高亮度受体分子可以增加太阳能电池的效率，“预测Andrej Cranten。

参考：“Exciton LifeTime在有机太阳能电池中产生充电的作用，在可忽略的能量级别抵消，Christos L. Chochos，LarryLüer，Vasilis G. Gregoriou，Jonas Wortmann，Andres Osvet，Karen Forberich，Iain McCulloch，Thomas Heumüller和Christoph J.Brabec，2020年8月31日，自然能源.DOI：
10.1038 / S41560-020-00684-7

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