Поскольку пластиковые солнечные элементы теперь конкурируют с кремниевыми солнечными элементами по эффективности преобразования энергии, исследователи хотят увеличить диапазон фотонной энергии, которую поглощают пластиковые солнечные элементы. Тройные солнечные элементы, в которых три материала смешаны вместе в виде светособирающего слоя, предлагают потенциальное решение.
Однако, хотя тройные солнечные элементы производились годами, большинство устройств не смогли достичь желаемых уровней производительности – в основном из-за неблагоприятного перемешивания.
Масуд Гасеми, аспирант кафедры физики в штате Северная Каролина и ведущий автор статьи, описывающей исследование, работал с группой физиков штата Северная Каролина под руководством Харальда Аде и химиками из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл под руководством Вэй Ю. определить способ решения производственной проблемы.
Команда предложила калориметрический инструмент для изучения морфологии тройной системы с двумя согласованными по абсорбции донорными полимерами и акцептором фуллерена.
При изготовлении традиционным методом, который включает смешивание всех трех материалов вместе с последующим нанесением их на подложку, система давала плохие характеристики устройства.
«Используя термодинамические методы, мы смогли обнаружить, что эта конкретная смесь подвергалась« легированию », при котором донорные полимеры имеют тенденцию группироваться вместе и отталкивать фуллерен», – говорит Гасеми. "Это объясняет, почему так много традиционных тройных ячеек могут иметь низкую эффективность."
Команда решила решить проблему легирования, смешивая каждый полимер с фуллереном отдельно, а не смешивая все три материала одновременно.
Они создали две различные смеси, которые были наслоены на подложку, создав последовательно отлитые тройные (SeCaT) солнечные элементы, которые не стали жертвами легирования.
«Солнечные элементы SeCaT предотвращают смешивание полимеров из-за своей слоистой структуры», – говорит Гасеми. «Эта новая конструкция позволяет изготавливать пластиковые солнечные элементы с более широкой оптической чувствительностью, используя дешевые и масштабируемые этапы обработки и с меньшими ограничениями при выборе материалов. Надеюсь, этот новый метод может быть особенно полезен для тепличных применений, направленных на ведение сельского хозяйства с нулевым потреблением энергии, поскольку материалы, используемые для демонстрации нашего метода, обладают оптическими свойствами, совместимыми с этими применениями."