Hiệu suất chuyển đổi năng lượng của pin mặt trời linh hoạt được cải thiện đáng kể!

Gần đây, các nhà nghiên cứu tại Viện Năng lượng sinh học và Công nghệ xử lý sinh học Thanh Đảo (QIBEBT) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã cải tiến vật liệu được sử dụng trong pin mặt trời hữu cơ ternary (TOSC), đạt được mức hiệu quả tương tự như pin mặt trời truyền thống. Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí "Vật liệu nâng cao". Pin mặt trời quang điện hữu cơ (OSC) là một loại pin mặt trời chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng bằng vật liệu hữu cơ, thường là các phân tử nhỏ hoặc polyme, trái ngược với pin mặt trời vô cơ truyền thống sử dụng silicon tinh thể hoặc các vật liệu vô cơ khác.

Một trong những ưu điểm chính của pin mặt trời hữu cơ là tính linh hoạt và tính chất nhẹ của chúng. Chúng có thể được sản xuất với chi phí thấp hơn bằng cách sử dụng các kỹ thuật dựa trên giải pháp như in phun, cho phép tạo ra các cuộn linh hoạt thay vì các tấm cứng. Kết quả là họ tìm thấy các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như cảm biến, bộ sạc di động và các thiết bị điện tử có thể đeo được. OSC cũng có thể bán trong suốt hoặc có màu, khiến chúng có tính thẩm mỹ cao và phù hợp để tích hợp vào các tòa nhà, cửa sổ và các cấu trúc khác.

Tuy nhiên, so với pin mặt trời vô cơ, pin mặt trời hữu cơ có hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) thấp hơn, đây là điều mà TOSC đang hướng tới cải thiện. Pin mặt trời hữu cơ nhị phân tiêu chuẩn bao gồm vật liệu cho và vật liệu nhận, nhưng TOSC thì khác vì nó bao gồm thành phần thứ ba được gọi là vật liệu "khách".

Việc đưa thành phần khách này vào là rất quan trọng để nâng cao các khía cạnh khác nhau của hiệu suất pin mặt trời, chẳng hạn như thay đổi dòng năng lượng bên trong của pin và tối ưu hóa cách pin chuyển đổi ánh sáng thành điện năng. Thành phần khách đặc biệt quan trọng để tăng PCE, vì nó có thể mở rộng phổ ánh sáng mà pin mặt trời có thể hấp thụ. Bằng cách chọn vật liệu khách hấp thụ ánh sáng ở những khu vực không được bao phủ bởi vật liệu cho hoặc nhận, khả năng hấp thụ ánh sáng tổng thể của tế bào có thể được cải thiện. Nó cũng cho phép tinh chỉnh hình thái của màng hỗn hợp, ảnh hưởng đến sự phân ly, tạo điện tích và vận chuyển của exciton.

Do các thành phần khách có thể thực hiện nhiều hoạt động khác nhau nên vị trí chính xác của chúng trong ma trận hoặc "bánh sandwich" pin mặt trời sẽ tác động đáng kể đến hiệu suất. Có ba vị trí có thể có đối với thành phần khách: được nhúng trong vật liệu cho, được nhúng trong vật liệu nhận hoặc phân tán tại giao diện giữa chất cho và chất nhận, tạo ra các cấu trúc hỗn hợp giống như hợp kim (cốt liệu). Tuy nhiên, cho đến gần đây, có rất ít sự xem xét thử nghiệm về vị trí của thành phần khách mời.

Trong nghiên cứu của mình, các nhà khoa học đã sử dụng thành phần khách có tên LA1 trong TOSC, thành phần này khác với các vật liệu thành phần khách khác về độ kết tinh. LA1 là chất nhận phân tử nhỏ và các nhà nghiên cứu đã sửa đổi nó bằng chuỗi bên phenylalkyl, một nhóm chức năng thường được sử dụng trong vật liệu hữu cơ cho hệ thống quang điện.

Việc sửa đổi LA1 để bao gồm các chuỗi bên phenylalkyl đã làm tăng cả độ kết tinh và sự liên kết trong khi vẫn duy trì đủ khả năng tương thích, dẫn đến hiệu suất TOSC được nâng cao.

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã kiểm soát sự phân bố thành phần khách bằng cách thay đổi các biến số ảnh hưởng đến sự tương tác giữa vật chủ và thành phần khách, chẳng hạn như khả năng tương thích vật chủ/khách, năng lượng bề mặt, động học tinh thể và tương tác giữa các phân tử. Họ tìm thấy các tập hợp giống như hợp kim trong hầu hết các phân tử khách, chúng xâm nhập và khuếch tán khắp toàn bộ ma trận vật chủ.

Kích thước tinh thể của các "hợp kim" máy chủ/khách tích hợp này có thể dễ dàng được điều chỉnh để tăng cường truyền điện tích và ngăn chặn sự tái hợp điện tích, dẫn đến mức PCE ban đầu tăng hơn 15%. Sau đó, bằng cách kết hợp thành phần khách với bộ phận chấp nhận dòng Y6 làm thành phần chính, họ đã đạt được mức tăng hiệu suất thậm chí còn cao hơn 19%.

Các nhà nghiên cứu tin rằng họ đã đạt được thành công thử nghiệm đáng kể, nhưng cần hiểu rõ hơn về các yếu tố cơ bản thúc đẩy những lợi thế này trong tương lai. Họ hy vọng sẽ có được cái nhìn sâu sắc hơn về các hệ thống cơ bản này.

Khai thác sức mạnh của sự đổi mới với vỏ pin lithium-ion tiên tiến của chúng tôi. Công ty chúng tôi chuyên sản xuất vỏ pin chất lượng cao được thiết kế để đáp ứng nhu cầu của bối cảnh năng lượng hiện đại. Cho dù đó là để lưu trữ năng lượng tái tạo, xe điện hay thiết bị điện tử cầm tay, vỏ pin của chúng tôi đều mang lại khả năng bảo vệ, hiệu suất và kỹ thuật chính xác mà dự án của bạn cần. Tham gia vào tương lai của việc lưu trữ năng lượng với vỏ gói pin lithium-ion của chúng tôi và mở ra một thế giới khả năng.