Высокоэффективные органические солнечные элементы с трудом добивались коммерческой жизнеспособности, поскольку для их производства всегда требовались дорогостоящие и сложные материалы.
Исследователи достигли беспрецедентной эффективности преобразования энергии в органических солнечных элементах. (Изображение)
Буонавентура1955/iStock
Новый недорогой полимер, разработанный исследовательской группой в Университете Чжэнчжоу, достиг беспрецедентной эффективности преобразования энергии в 19,96% в органических солнечных элементах (OSC). Это знаменует собой значительный шаг вперед для устойчивой и доступной энергии.
«Высокая цена фотоактивных материалов является огромным препятствием для индустриализации органических солнечных элементов (ОСЭ)», — отмечается в новом исследовании.
Этот прорыв обещает значительно снизить стоимость солнечной энергии и ускорить ее повсеместное внедрение.
Под руководством профессора Ченкай Суня группа представила два новых полимера, PTQ14 и PTQ15, которые включают трифторметильную (CF₃) группу для повышения производительности и резкого сокращения производственных расходов.
Экономическое преимущество PTQ15 существенно. Стоимость его производства оценивается всего в 35 528 долларов за килограмм. Эта цифра в ошеломляющие пять-шесть раз дешевле, чем у других высокопроизводительных «звездных» полимеров, которые сейчас есть на рынке, таких как PM6 (205 725 долларов/кг) и D18 (211 432 доллара/кг).
Революционное сочетание низкой стоимости, высокой эффективности, повышенной стабильности и совместимости с технологическим процессом, предлагаемое PTQ15, может стать тем катализатором, который необходим для превращения органических солнечных элементов из лабораторных диковинок в массовое энергетическое решение.
Полимерный прорыв
Такое значительное снижение затрат было достигнуто за счет оптимизированного процесса синтеза, который требовал всего 3–4 этапа и демонстрировал впечатляющий выход, превышающий 80%.
Помимо своей экономической эффективности, PTQ15 установил новый стандарт эффективности для недорогих органических материалов. OSC, использующие PTQ15 в паре с акцепторами K1/K6, достигли рекордной эффективности преобразования энергии 19,96%.
Исследование также выявило сверхбыструю передачу заряда за 1,40 пикосекунды и минимальные безызлучательные потери энергии — всего 0,190 эВ, что свидетельствует об исключительных свойствах материала.
«Примечательно, что тройные OSC на основе PTQ15 достигают сверхбыстрой и эффективной передачи заряда в течение 1,40 пс, что значительно быстрее, чем у их аналогов (14,54 и 10,17 пс)», — добавили исследователи.
Что особенно важно для промышленного масштабирования, устройства сохраняли впечатляющую эффективность в 19,37% при работе на открытом воздухе (относительная влажность 25%).
«Достигнут впечатляющий КПД 19,96%, что является наивысшим значением для OSC на основе недорогих органических фотоэлектрических материалов, а также получен рекордный КПД 19,37% для OSC, обработанных на открытом воздухе», — заявили исследователи в новом исследовании.
Промышленная масштабируемость, экономические перспективы
Это демонстрирует важный шаг на пути к крупномасштабному и экономически эффективному производству.
Их предполагаемая минимальная устойчивая цена является самой низкой среди известных органических фотоэлектрических систем, что делает их весьма конкурентоспособными по сравнению с традиционными солнечными технологиями.
«Это устройство демонстрирует высокую экономическую эффективность для индустриализации при минимальной устойчивой цене всего в 0,36 долл. США за ватт», — поясняется в исследовании.
В течение многих лет коммерческая промышленность использовала дорогие и сложные материалы.
Zhengzho затруднил коммерциализацию высокоэффективного OSC. Команда OSC University of Science and Technology совместно с сотрудниками из Института химии, Китайской академии наук и Уханьского университета теперь сосредоточена на дальнейшей оптимизации технологии. Их следующая цель — поднять эффективность выше 20%.
«Команда ставит своей целью повысить эффективность более чем на 20% за счет оптимизации доноров, подбора акцепторов и модуляции морфологии пленки», — заключили исследователи в пресс-релизе.
Sourse: interestingengineering.com
