211service.com
Pushing plast solceller
Solceller i plast är lätta, flexibla och, viktigast av allt, billiga att tillverka. Men hittills har dessa enheter varit för ineffektiva för att konkurrera med kiselsolceller för de flesta applikationer. Nu hävdar forskare från ett fåtal institutioner att de har tillverkat polymersolceller med rekordstor effektivitet. Dessa celler är fortfarande inte tillräckligt bra för att konkurrera med kisel, men polymereffektiviteten har ökat med cirka 1 procent per år. Om de kan hålla detta, säger forskare, kommer plastsolceller att konkurrera med kisel inom några år.
Kraftfulla polymerer: Den här illustrationen visar de olika skikten som utgör en ny plastsolcell med nästan perfekt intern effektivitet. Från botten till toppen är skikten glas, en transparent elektrod, två polymerskikt, ett titanoxidskikt som omfördelar ljus och en aluminiumelektrod.
Denna vecka, i nätupplagan av Naturfotonik , rapporterade forskare om polymersolceller som omvandlar cirka 6,1 procent av energin i solljus till elektricitet – något närmare de 10 procent som de säger kommer att behövas för att få ett betydande fotfäste på marknaden. (Konventionella kiselceller är cirka 15 procent effektiva.) De nya effektivitetssiffrorna visar att vi är med i spelet, säger Alan Heeger , en professor i fysik vid University of California, Santa Barbara, som ledde forskningen. Heeger delade Nobelpriset i kemi år 2000 för sin roll i utvecklingen av de första ledande polymererna, och han är medgrundare och chefsforskare vid Konarka , ett plastsolcellsföretag med huvudkontor i Lowell, MA.
Forskarnas resultat från Kalifornien jämförs mycket positivt med tidigare publicerade beskrivningar av polymersolceller, vars effektivitet har legat runt 5 procent. Konarka säger att företagets celler, som använder andra material än de celler som tillverkats i Heegers universitetslabb, nyligen har betygsatts till cirka 6,4 procent. Och en konkurrent i San Mateo, Kalifornien, ringde Solarmer energi har gjort plastceller med liknande effektivitet, enligt en anknuten forskare.
Plastsolceller, oavsett hur väl designade, har inneboende gränser som dikteras av polymererna som utgör deras aktiva lager. De hittills tillverkade polymererna kan bara absorbera relativt smala band av ljus. Det är möjligt att öka deras effektkonverteringseffektivitet genom att stapla filmer av polymerer utformade för att ta upp olika ljusband; Heegers grupp har faktiskt haft viss framgång med detta tidigare. Men detta tillvägagångssätt har en stor nackdel. Skiktning är självförstörande eftersom man ökar tillverkningskostnaderna, säger man Luping Yu , professor i organisk kemi vid University of Chicago, som också arbetar med solceller.
Ett sätt att förbättra dessa cellers prestanda är att se till att varje enskild foton som absorberas av polymererna omvandlas till en elektron som kan samlas in. Heegers grupp ökade sina cellers totala effektivitet genom att förbättra denna interna effektivitet. Hur väl elektroner kan röra sig i dessa filmer beror på kvaliteten på gränssnittet mellan de två komponenterna som utgör filmen: i cellen vid University of California är dessa en ledande polymer och en version av en fotbollsbollformad kolförening som kallas en fulleren. Heegers grupp testade filmer gjorda av olika förhållanden av dessa två komponenter, såväl som olika lösningsmedel för att bearbeta dem.
Resultatet är en cell med nästan perfekt intern effektivitet. Allt ljus som har absorberats har omvandlats till laddningar, säger Zhenan Bao , en docent i kemiteknik vid Stanford University, som inte var involverad i forskningen. Denna grupp har gjort mycket bra ingenjörskonst på cellerna.
Jag är exalterad över framstegen, säger För att kontakta Yang , professor i materialvetenskap och teknik vid University of California, Los Angeles. Du trycker på posten stegvis. Heeger håller med: Marknadens storlek beror på kostnaden i dollar per watt, så varje ökning av effektiviteten är viktig.
Medan Yang, Bao och Heeger säger att siffrorna som uppnåtts av Heegers grupp är en viktig demonstration av potentialen hos polymersolceller, erkänner alla att befintliga material inte kommer att vara de som kommer att driva industrin framåt. Tio procent [effektivitet] skulle vara ett genombrott, säger Heeger. Vi når dit genom att syntetisera nya material som svarar på mer av energispektrumet.
Organiska material är fortfarande begränsade till synligt ljus, säger Yang, men mycket av solens energi finns i den närliggande delen av spektrumet - det infraröda - så polymerforskare arbetar med solcellsmaterial som också kan absorbera detta band. University of Chicagos Yu, som samarbetar med Solarmer Energy, säger att företaget har använt hans polymerer, som absorberar ljus med kortare våglängd, för att göra celler som ska uppnå mer än 7 procents effektivitet, men han kan inte avslöja detaljerna eftersom resultaten har ännu inte publicerats.