211service.com
Utskrivbart solcellsmaterial når en milstolpe
Ett nytt sätt att tillverka utskrivbara organiska solceller kan så småningom leda till nya typer av billiga, billiga och flexibla solpaneler.
Arbetet leds av Alan Heeger och Guillermo Bazan , båda professorer i kemi vid University of California, Santa Barbara. Heeger delade Nobelpriset i kemi år 2000 för att utveckla den typ av ledande polymerer som redan används för att tillverka solceller av plast och organiska lysdioder.
Polymersolceller är ineffektiva jämfört med kiselsolceller, men de är mycket billigare att tillverka. Organiska material – oavsett om de är gjorda av polymerer eller så kallade små molekyler, som är organiska föreningar med låg molekylvikt – kan göras till bläck och tryckas över stora ytor. De är också lätta och flexibla, vilket gör dem lovande för applikationer som takinstallationer eller solcellspatchar för laddning av bärbar elektronik.
Med hjälp av en ny liten molekyl designad av Bazan byggde Heeger en solcell som omvandlar 6,7 procent av ljusenergin som träffar den till elektricitet. Bazan räknar med att nå 9 procent effektivitet inom ett år. Även om effektiviteten i laboratorietester tenderar att vara mycket större än i en tillverkad cell, skulle detta sätta dessa material i nivå med de bästa polymersolcellerna på marknaden.
Fram till nu har de flesta ansträngningar för att förbättra prestanda och kostnad för organiska solceller fokuserat på att utveckla nya polymermaterial.
Bazan använde en kombination av teori och trial-and-error för att utveckla det nya materialet med små molekyler. Han började med att optimera dess elektriska egenskaper, så att molekylen skulle klara av den höga ström och spänning som behövs för att få ut ström från en solcell. Det är särskilt svårt att skapa ett material med små molekyler som gör en bra film; medan polymerer är långa och trasslar ihop sig till en stabil film, tenderar små molekyler inte att göra den typ av plana filmer som behövs för att göra ett lager i en solcell.
Efter mycket pyssel på labbbänken kom Bazans grupp på en lämplig liten molekyl och process för att göra en högeffektiv solcell med små molekyler. Arbetet beskrivs i journalen Naturmaterial . Bazan förväntar sig att ytterligare förbättra prestandan genom att skräddarsy designen av materialen.
Heeger säger att han inte hade tagit småmolekylära solmaterial på allvar tidigare eftersom prestandan var dyster. Andra människor har använt små molekyler, men prestandan var långt under polymerens, säger han.
Ändå kan det vara svårt för organiska solceller att bli riktiga utmanare på energimarknaden, särskilt när kiselceller blir billigare. Prestanda och livslängder är inte där än, säger För att kontakta Yang , professor i materialvetenskap och teknik vid University of California, Los Angeles. Yang arbetar med polymera solmaterial på sitt företag, Solarmer, samt småmolekylära solceller i sitt akademiska labb; hans mål är 15 procent effektivitet i en labbtillverkad cell. Men Yang säger att Santa Barbara-arbetet är en viktig demonstration av potentialen hos småmolekylära solceller.
När det gäller hur dessa material kommer att klara sig på marknaden, säger Heeger, det är för tidigt att veta, men han tror att effektiviteten har nått en respektabel nivå och att dessa solmaterial visar lovande. Nu ska vi ta dem på allvar, säger han.