Эффективность органических фотоэлектрических элементов: +66% с нанооболочками

(Zapoved) – Улучшение производительности определенной технологии не всегда означает стремление сделать ее идеальной. В некоторых случаях именно несовершенства дают неожиданные результаты. Вот как это происходит вэффективность органических фотоэлектрических элементов, что всегда было слабым местом этого сегмента. Профессор Дуён А из Университета Абдуллы Гюля в Турции показали, что можно вставлять небольшие неровности на плоскую поверхность этих ячеек. увеличить светопоглощение до 66%.. Но это не просто какие-то недостатки. Как поясняется в статье, опубликованной на Журнал фотоники для энергетикиУчёный остановил свой выбор на крошечных полусферических оболочках, выступах неметрического масштаба, способных увеличивать поглощаемые фотоны, а также их «точках входа».

Конечно, работа пока движется на «виртуальном» уровне, без реальных прототипов, но результаты моделирования не менее многообещающие.

КПД органических фотоэлектрических элементов сегодня составляет 19,2%.

Повышение эффективности органических фотоэлектрических элементов представляет собой фундаментальный шаг в распространении этой технологии в больших масштабах. У сегмента уже есть своя сторона отличная экономика по сравнению с кристаллическими кремниевыми элементами, больший простота интеграции это цепочка поставок освободилась от китайской промышленности. Однако прогресс, достигнутый в этой области, был явно медленнее, чем в других сегментах.

В настоящее время самый высокий коэффициент преобразования света в электричество для органических фотоэлектрических систем достигнут Шанхайским университетом Цзяо Тонг и равен 19,2% (значение указано в таблице эффективности лучших исследовательских ячеек NREL). Для сравнения в области органических полупроводников с одним переходом и без концентраторов наибольшее значение показывает солнечный элемент GaAs от Alta Device с хорошим КПД 29,1%.

Повышение эффективности полимерных фотоэлектрических систем

В своем исследовании профессор Дуён Ха проанализировал спектры поглощения внутри полусферического активного слоя в форме оболочки, предоставив детальное изучение того, как свет взаимодействует со структурой и материалами клетки. В частности, исследование было сосредоточено на фотоэлектрическом элементе, состоящем из органического полимера – il P3HT:ИКБА – в качестве активного слоя, помещенного между прозрачным верхним слоем оксида алюминия, индия и олова и нижним слоем алюминия. Все «упиралось» на подложку из ПММА. Эта сэндвич-организация сохранялась во всех нанооболочках, созданных на поверхности.

Анализ показал, что структура мини-бамп при воздействии поперечно-электрического (TE) поляризованного света привела к увеличению поглощения света на 66% по сравнению с устройствами с плоской структурой. Аналогично, для поперечно-магнитного (ТМ) поляризованного света наблюдается увеличение на 36%.

«Благодаря улучшенному поглощению и всенаправленным характеристикам – прокомментировал Ха на Spie.org – Предлагаемые активные слои в форме полусферы окажутся полезными в различных областях применения органических солнечных элементов, таких как биомедицинские устройства, а также в таких приложениях, как окна и теплицы для выработки электроэнергии, Интернет вещей и так далее».