Organický solární článek - Organic solar cell

Organický solární článek ( OSC ), nebo plastové solární článek je typ fotovoltaických, který používá organické elektroniky , odvětví elektroniky, která se zabývá vodivými organickými polymery nebo malé organické molekuly, pro absorpci světla a transportu náboje k výrobě elektrické energie ze slunečního světla ze strany fotovoltaických účinek . Většina organických fotovoltaických článků jsou polymerní solární články .

Molekuly používané v organických solárních článcích jsou zpracovatelné v roztoku při vysokém výkonu a jsou levné, což má za následek nízké výrobní náklady na výrobu velkého objemu. V kombinaci s flexibilitou organických molekul jsou organické solární články potenciálně nákladově efektivní pro fotovoltaické aplikace. Molekulární inženýrství (například při změně délky a funkční skupinu z polymerů ) může změnit zakázaný pás , což umožňuje elektronické tunability. Koeficient optické absorpce organických molekul je vysoký, takže velké množství světla lze absorbovat malým množstvím materiálů, obvykle v řádu stovek nanometrů. Hlavní nevýhody spojené s organickými fotovoltaickými články jsou nízká účinnost , nízká stabilita a nízká pevnost ve srovnání s anorganickými fotovoltaickými články, jako jsou křemíkové solární články .

Ve srovnání se zařízeními na bázi křemíku jsou polymerní solární články lehké (což je důležité pro malé autonomní senzory), potenciálně jednorázové a levné při výrobě (někdy s použitím tištěné elektroniky ), flexibilní, přizpůsobitelné na molekulární úrovni a potenciálně mají méně nepříznivý dopad na životní prostředí. Polymerní solární články mají také potenciál vykazovat transparentnost, což naznačuje použití v oknech, zdech, flexibilní elektronice atd. Příklad zařízení je na obr. 1. Nevýhody polymerních solárních článků jsou také závažné: nabízejí asi 1/3 účinnost tvrdých materiálů a dochází k podstatné fotochemické degradaci.

Problémy s neefektivitou a stabilitou polymerních solárních článků z nich v kombinaci s příslibem nízkých nákladů a zvýšené účinnosti z nich učinily populární pole ve výzkumu solárních článků. V roce 2015 byly polymerní solární články schopné dosáhnout více než 10% účinnosti prostřednictvím tandemové struktury. V roce 2018 bylo prostřednictvím tandemové struktury dosaženo rekordní účinnosti 17,3% u organické fotovoltaiky.  

Fyzika

Fotovoltaický článek je specializovaná polovodičová dioda, která přeměňuje světlo na stejnosměrný proud (DC). V závislosti na pásmové šířce materiálu absorbujícího světlo mohou fotovoltaické články také převádět nízkoenergetické, infračervené (IR) nebo vysokoenergetické ultrafialové (UV) fotony na stejnosměrnou elektřinu. Společnou charakteristikou malých molekul a polymerů (obr. 2) používaných jako materiál absorbující světlo ve fotovoltaice je to, že všechny mají velké konjugované systémy . Vzniká konjugovaný systém, kde se atomy uhlíku kovalentně váží se střídáním jednoduchých a dvojných vazeb. Tyto uhlovodíkové elektrony pz orbitaly delokalizují a vytvářejí delokalizovanou vazbu π orbitál s π* antibondický orbitál . Delokalizovaný orbitál π je nejvyšší obsazený molekulární orbitál ( HOMO ) a π* orbitál je nejnižší neobsazený molekulární orbitál ( LUMO ). V organické polovodičové fyzice má HOMO roli valenčního pásma, zatímco LUMO slouží jako vodivé pásmo . Energetická separace mezi energetickými hladinami HOMO a LUMO je považována za pásmovou mezeru organických elektronických materiálů a obvykle se pohybuje v rozmezí 1–4 eV .

Absorbovat lze veškeré světlo s energií větší než je pásmová mezera materiálu, ačkoli existuje kompromis ke zmenšení mezery v pásmu, protože fotony absorbované s energiemi vyššími než je mezera v pásmu budou tepelně vydávat svou přebytečnou energii, což má za následek nižší napětí a účinnosti přeměny energie. Když tyto materiály absorbují foton , vytvoří se vzrušený stav a omezí se na molekulu nebo oblast polymerního řetězce. Vzrušený stav lze považovat za exciton nebo pár elektron-díra spojený elektrostatickými interakcemi. Ve fotovoltaických článcích jsou excitony rozděleny na volné páry elektron-díra pomocí efektivních polí. Efektivní pole se nastavují vytvořením heterojunkce mezi dvěma rozdílnými materiály. V organické fotovoltaice rozdělují účinná pole excitony tím, že způsobí pád elektronu z vodivého pásma absorbéru do vodivého pásma molekuly akceptoru. Je nutné, aby akceptorový materiál měl okraj vodivého pásu, který je nižší než okraj absorpčního materiálu.

Obr. 3. Polymerový řetězec s difuzním polaronem obklopený molekulami fullerenu

Polymerní solární články se obvykle skládají z vrstvy blokující elektrony nebo otvory na vodivém skle z oxidu india a cínu (ITO) následované elektronovým donorem a akceptorem elektronů (v případě hromadných heterojunkčních solárních článků), otvorem nebo blokováním elektronů vrstva a kovová elektroda nahoře. Povaha a pořadí blokovacích vrstev - stejně jako povaha kovové elektrody - závisí na tom, zda článek dodržuje pravidelnou nebo obrácenou architekturu zařízení. V obráceném článku elektrické náboje opouštějí zařízení v opačném směru jako v normálním zařízení, protože kladné a záporné elektrody jsou obráceny. Obrácené buňky mohou využívat katody z vhodnějšího materiálu; obrácené OPV mají delší životnost než pravidelně strukturované OPV a obvykle vykazují vyšší účinnost ve srovnání s konvenčními protějšky.

V hromadných heterojunkčních polymerních solárních článcích generuje světlo excitony. Následné oddělení náboje v rozhraní mezi elektronovou donorovou a akceptorovou směsí v aktivní vrstvě zařízení. Tyto náboje se poté transportují na elektrody zařízení, kde náboje proudí mimo článek, provádějí práci a poté znovu vstupují do zařízení na opačné straně. Účinnost buňky je omezena několika faktory, zejména geminátovou rekombinací. Mobilita děr vede k rychlejšímu vedení přes aktivní vrstvu.

Organická fotovoltaika je vyrobena spíše z materiálů donoru elektronů a akceptoru elektronů než z polovodičových spojů p-n . Molekuly tvořící oblast donoru elektronů organických PV článků , kde se generují páry excitonových elektronů a děr, jsou obecně konjugované polymery s delokalizovanými elektrony π, které jsou výsledkem orbitální hybridizace uhlíku. Tyto elektrony π mohou být buzeny světlem ve viditelné části spektra nebo v jeho blízkosti od nejvyššího obsazeného molekulárního orbitálu (HOMO) molekuly po nejnižší neobsazený molekulární orbitál (LUMO), označený přechodem π -π*. Mezera mezi těmito orbitaly určuje, jaké vlnové délky světla lze absorbovat .

Na rozdíl od anorganického krystalického materiálu FV článků , s jeho strukturou pásu a delokalizovanými elektrony, jsou excitony v organické fotovoltaice silně vázány energií mezi 0,1 a 1,4 eV . K této silné vazbě dochází, protože funkce elektronických vln v organických molekulách jsou lokalizovanější a elektrostatická přitažlivost tak může udržet elektron a díru pohromadě jako exciton. Elektron a díra mohou být disociovány poskytnutím rozhraní, přes které klesá chemický potenciál elektronů. Materiál, který absorbuje foton, je dárce a materiál získávající elektron se nazývá akceptor. Na obr. 3 je polymerní řetězec donor a fulleren je akceptor. I po disociaci mohou být elektron a díra stále spojeny jako „dvojice geminátů“ a k jejich oddělení je pak zapotřebí elektrického pole . Elektron a díra musí být shromážděny na kontaktech. Pokud je mobilita nosiče náboje nedostatečná, nosiče se nedostanou ke kontaktům a místo toho rekombinují na záchytných místech nebo zůstanou v zařízení jako nežádoucí vesmírné náboje, které se brání toku nových nosičů. Posledně uvedený problém může nastat, pokud nejsou shodné pohyblivosti elektronů a děr. V takovém případě výkonově omezený fotoproud (SCLP) omezující prostorový poplatek.

Organická fotovoltaika může být vyrobena z aktivního polymeru a akceptoru elektronů na bázi fullerenu. Osvětlení tohoto systému viditelným světlem vede k přenosu elektronů z polymeru na molekulu fullerenu. V důsledku toho dochází k tvorbě fotoindukovaného kvazičástice neboli polaronu (P ⁺ ) na polymerním řetězci a z fullerenu se stává radikální anion ( C^-
₆₀). Polarony jsou vysoce mobilní a mohou difundovat pryč.

Typy křižovatek

Nejjednodušší organické FV zařízení má planární heterojunkci (obr. 1). Mezi kontakty je vložen film z organického aktivního materiálu (polymer nebo malá molekula) typu donoru elektronu nebo akceptoru elektronu. Excitony vytvořené v aktivním materiálu mohou před rekombinací difundovat a oddělit, díra a elektron difundovat do své specifické sběrné elektrody. Protože nosiče náboje mají v typických amorfních organických polovodičích difúzní délku pouhých 3–10 nm , musí být planární články tenké, ale tenké články absorbují světlo méně dobře. Hromadné heterojunkce (BHJ) tento nedostatek řeší. V BHJ se směs materiálů donoru elektronu a akceptoru odlévá jako směs, která se poté fázově odděluje. Oblasti každého materiálu v zařízení jsou odděleny pouze několika nanometry, což je vzdálenost vhodná pro difúzi nosiče. BHJ vyžadují citlivou kontrolu nad morfologií materiálů v nanoměřítku. Mezi důležité proměnné patří materiály, rozpouštědla a hmotnostní poměr donor-akceptor.

Dalším logickým krokem za hranicemi BHJ jsou uspořádané nanomateriály pro solární články nebo uspořádané heterojunkce (OHJ). OHJ minimalizují variabilitu spojenou s BHJ. OHJ jsou obecně hybridy uspořádaných anorganických materiálů a organických aktivních oblastí. Například fotovoltaický polymer může být uložen do pórů v keramické , jako TiO ₂ . Protože otvory stále musí difundovat délku póru přes polymer ke kontaktu, OHJ trpí podobnými omezeními tloušťky. Zmírnění zúžení mobility otvorů je klíčem k dalšímu zlepšení výkonu zařízení OHJ.

Jedna vrstva

Jednovrstvé organické fotovoltaické články jsou nejjednodušší formou. Tyto články se vyrábějí vložením vrstvy organických elektronických materiálů mezi dva kovové vodiče, obvykle vrstvu oxidu india a cínu (ITO) s vysokou pracovní funkcí a vrstvu kovu s nízkou pracovní funkcí, jako je hliník, hořčík nebo vápník. Základní struktura takové buňky je znázorněna na obr.

Rozdíl v pracovní funkci mezi dvěma vodiči vytváří v organické vrstvě elektrické pole. Když organická vrstva absorbuje světlo, elektrony budou excitovány do LUMO a zanechají otvory v HOMO, čímž se vytvoří excitony . Potenciál vytvořený různými pracovními funkcemi pomáhá rozdělit páry excitonů, přitáhnout elektrony k kladné elektrodě (elektrický vodič používaný ke kontaktu s nekovovou částí obvodu) a otvory k záporné elektrodě.

Příklady

V roce 1958 byl objeven fotovoltaický efekt nebo vytvoření napětí článku na bázi ftalocyaninu hořečnatého (MgPc)-makrocyklické sloučeniny se střídavou strukturou kruhu atom dusíku a atomu uhlíku- s fotovoltaickým napětím 200 mV. Al/MgPc/Ag článek získal fotovoltaickou účinnost 0,01% při osvětlení při 690 nm.

V tomto typu fotovoltaických článků byly také použity konjugované polymery. Jedno zařízení používalo jako organickou vrstvu polyacetylen (obr. 1), s Al a grafitem , produkující napětí naprázdno 0,3 V a účinnost sběru náboje 0,3%. Buňka Al/poly (3-nethylthiofen)/Pt měla vnější kvantový výtěžek 0,17%, napětí naprázdno 0,4 V a faktor plnění 0,3. Článek ITO/PPV/Al vykazoval napětí naprázdno 1 V a účinnost přeměny energie 0,1% při osvětlení bílým světlem.

Problémy

Jednovrstvé organické solární články nefungují dobře. Mají nízkou kvantovou účinnost (<1%) a nízkou účinnost přeměny energie (<0,1%). Zásadním problémem pro ně je, že elektrické pole vyplývající z rozdílu mezi dvěma vodivými elektrodami je zřídka dostatečné k rozdělení excitonů. Elektrony se často rekombinují s otvory, aniž by dosáhly elektrody.

Bilayer

Dvouvrstvé články obsahují dvě vrstvy mezi vodivými elektrodami (obr. 4). Obě vrstvy mají odlišnou elektronovou afinitu a ionizační energii , proto jsou na rozhraní mezi oběma vrstvami generovány elektrostatické síly. Světlo musí v této malé nabité oblasti vytvářet excitony, aby došlo k účinnému oddělení a shromažďování náboje. Materiály jsou vybrány tak, aby rozdíly byly dostatečně velké, aby tato místní elektrická pole byla silná, což štěpí excitony mnohem efektivněji než jednovrstvé fotovoltaické články. Vrstva s vyšší elektronovou afinitou a ionizačním potenciálem je akceptor elektronů a druhá vrstva je donor elektronů. Tato struktura je také nazýván rovinný donor-akceptor heterogenní .

Příklady

C ₆₀ má vysokou elektronovou afinitu, což z něj činí dobrého akceptora. Dvouvrstvý článek AC ₆₀ /MEH-PPV měl při monochromatickém osvětlení relativně vysoký faktor plnění 0,48 a účinnost přeměny energie 0,04%. Články PPV/C ₆₀ vykazovaly monochromatickou externí kvantovou účinnost 9%, účinnost přeměny energie 1% a faktor naplnění 0,48.

Deriváty perylenu vykazují vysokou elektronovou afinitu a chemickou stabilitu. Vrstva ftalocyaninu mědi (CuPc) jako donoru elektronů a derivátu perylentetrakarboxylové kyseliny jako akceptoru elektronů, vyrábějící článek s faktorem naplnění až 0,65 a účinností přeměny energie 1% při simulovaném osvětlení AM2. Halls a kol. vyrobil článek s vrstvou bis (fenethylimido) perylenu přes vrstvu PPV jako donor elektronů. Tento článek měl špičkovou externí kvantovou účinnost 6% a účinnost přeměny energie 1% při monochromatickém osvětlení a faktor naplnění až 0,6.

Problémy

Difúzní délka excitonů v organických elektronických materiálech je typicky řádově 10 nm. Aby většina excitonů difundovala na rozhraní vrstev a rozdělila se na nosiče, měla by být tloušťka vrstvy ve stejném rozsahu jako délka difúze. Polymerová vrstva však obvykle potřebuje tloušťku alespoň 100 nm, aby absorbovala dostatek světla. Při tak velké tloušťce se k heterojunkčnímu rozhraní může dostat jen malá část excitonů.

Diskrétní heterojunkce

Třívrstvý (dva akceptory a jeden dárce) stoh bez fullerenu dosáhl účinnosti konverze 8,4%. Implementace přinesla vysoké napětí a absorpci ve viditelném spektru a vysoké zkratové proudy. Kvantová účinnost byla nad 75% mezi vlnovými délkami 400 nm a 720 nm s napětím naprázdno kolem 1 V.

Hromadná heterojunkce

Hromadné heterojunkce mají absorpční vrstvu skládající se ze směsi nanorozměrových materiálů dárce a příjemce. Velikosti domén této směsi jsou řádově v nanometrech, což umožňuje excitonům s krátkou životností dosáhnout rozhraní a disociovat díky velké mezifázové oblasti dárce-akceptor. Efektivní hromadné heterojunkce však musí udržovat dostatečně velké velikosti domén, aby vytvořily perkolační síť, která umožňuje dárcovským materiálům dosáhnout elektrodu transportující díru (elektroda 1 na obr. 5) a akceptorové materiály dosáhnout elektrony transportující elektron (elektroda 2) . Bez této perkolační sítě by mohly být poplatky uvězněny v doméně bohaté na dárce nebo akceptora a podstoupit rekombinaci. Hromadné heterojunkce mají výhodu oproti vrstveným fotoaktivním strukturám, protože mohou být dostatečně silné pro efektivní absorpci fotonů, aniž by bylo nutné složité zpracování orientace vrstvené struktury při zachování podobné úrovně výkonu.

Hromadné heterojunkce se nejčastěji vytvářejí vytvořením roztoku obsahujícího dvě složky, litím (např. Kapkovým litím a odstřeďováním ) a následným ponecháním oddělení dvou fází, obvykle za pomoci kroku žíhání. Tyto dvě součásti se samy sestaví do vzájemně se prostupující sítě spojující dvě elektrody. Obvykle se skládají z dárce na bázi konjugované molekuly a akceptoru na bázi fullerenu . Nanostrukturální morfologie hromadných heterojunctions bývá obtížně kontrolovatelná, ale je rozhodující pro výkon fotovoltaiky.

Po zachycení fotonu se elektrony přesunou do akceptorových domén, poté jsou přeneseny zařízením a shromážděny jednou elektrodou a otvory se pohybují v opačném směru a shromažďují se na druhé straně. Pokud je disperze obou materiálů příliš jemná, bude to mít za následek špatný přenos náboje vrstvou.

Většina hromadných heterojunkčních buněk používá dvě složky, přestože byly prozkoumány třísložkové buňky. Třetí složka, sekundární donorový polymer typu p, absorbuje světlo v jiné oblasti slunečního spektra. To teoreticky zvyšuje množství absorbovaného světla. Tyto ternární buňky fungují prostřednictvím jednoho ze tří odlišných mechanismů: přenosu náboje, přenosu energie nebo paralelního propojení.

Při přenosu poplatků oba dárci přímo přispívají ke generování bezplatných nosičů poplatků. Otvory procházejí pouze jednou doménou dárce před sběrem na anodě. Při přenosu energie se na výrobě děr podílí pouze jeden dárce. Druhý dárce působí výhradně tak, že absorbuje světlo a přenáší energii navíc na materiál prvního dárce. V paralelní vazbě oba dárci produkují excitony nezávisle, které pak migrují na svá příslušná rozhraní dárce/akceptor a disociují.

Příklady

Fullereny, jako je C ₆₀ a jeho deriváty, se používají jako materiály akceptoru elektronů v hromadných heterojunkčních fotovoltaických článcích. Buňka se směsí MEH-PPV a metano-funkcionalizovaného derivátu C ₆₀ jako heterojunkce, ITO a Ca jako elektrod vykazovala kvantovou účinnost 29% a účinnost přeměny energie 2,9% při monochromatickém osvětlení. Výměna MEH-PPV za P3HT poskytla kvantový výtěžek 45% při 10 V reverzním předpětí. Další pokroky v modifikaci akceptoru elektronů vedly k zařízení s účinností přeměny energie 10,61% se směsí PC ₇₁ BM jako akceptoru elektronů a PTB7-Th jako donoru elektronů.

Směsi polymer/polymer se také používají v dispergovaných heterojunkčních fotovoltaických článcích. Směs CN-PPV a MEH-PPV s Al a ITO jako elektrodami poskytla špičkovou účinnost přeměny monochromatické energie 1% a faktor naplnění 0,38.

Za důležité příklady tohoto typu lze také považovat fotovoltaické články senzibilizované barvivem .

Problémy

Fullereny, jako je PC ₇₁ BM, jsou často materiály přijímající elektrony, které se nacházejí ve vysoce výkonných hromadných heterojunkčních solárních článcích. Tyto materiály přijímající elektrony však velmi slabě absorbují viditelné světlo, čímž se zmenšuje objemový podíl obsazený silně absorbujícím materiálem donoru elektronů. Fullereny mají navíc špatnou elektronickou laditelnost, což má za následek omezení vývoje konjugovaných systémů s atraktivnějšími elektronickými strukturami pro vyšší napětí. Nedávný výzkum byl proveden ve snaze nahradit tyto fullereny organickými molekulami, které lze elektronicky vyladit a přispět k absorpci světla.

Stupňovaná heterojunkce

Elektronový donor a akceptor jsou smíchány takovým způsobem, že gradient je postupný. Tato architektura kombinuje krátkou dráhu pohybu elektronů v rozptýlené heterojunkci s výhodou gradientu náboje dvouvrstvé technologie.

Příklady

Buňka se směsí CuPc a C ₆₀ vykazovaly kvantovou účinnost o 50% a účinnost přeměny energie o 2,1% za použití 100 mW / cm ² simulované AM1.5G slunečního osvětlení pro odstupňovaně heteropřechodu.

Spojité spojení

Podobně jako u odstupňované heterojunkce si koncept spojitého spojení klade za cíl realizovat postupný přechod od dárce elektronu k akceptoru elektronů. Akceptorový materiál je však připraven přímo z donorového polymeru v kroku post-polymerační modifikace.

Výroba

Vzhledem k tomu, že jeho aktivní vrstva do značné míry určuje účinnost zařízení, byla morfologie této součásti věnována velká pozornost.

Pokud je jeden materiál rozpustnější v rozpouštědle než druhý, bude se ukládat nejprve na povrch substrátu , což způsobí koncentrační gradient skrz film. Tato skutečnost byla prokázána pro poly-3-hexyl thiofenu (P3HT), fenyl-Ci- ₆₁ máselné kyseliny ( PCBM ) zařízení, kde je PCBM tendenci se hromadit na spodní části přístroje na rotační nanášení z ODCB řešení. Tento efekt je patrný, protože rozpustnější složka má tendenci migrovat během fáze potahování do fáze „bohaté na rozpouštědlo“, přičemž se rozpustnější složka hromadí směrem ke dnu filmu, kde rozpouštědlo zůstává déle. Tloušťka generovaného filmu ovlivňuje segregaci fází, protože dynamika krystalizace a srážení je odlišná pro koncentrovanější roztoky nebo rychlejší rychlosti odpařování (potřebné pro stavbu silnějších zařízení). Obohatení krystalického P3HT blíže k elektrodě shromažďující otvory lze dosáhnout pouze u relativně tenkých (100 nm) vrstev P3HT/PCBM.

Přechody v počáteční morfologii jsou pak generovány hlavně rychlostí odpařování rozpouštědla a rozdíly v rozpustnosti mezi donorem a akceptorem uvnitř směsi. Tato závislost na rozpustnosti byla jasně prokázána použitím derivátů fullerenu a P3HT. Při použití rozpouštědel, která se odpařují pomaleji (jako chlorbenzen (CB) nebo dichlorbenzen (DCB)), můžete dosáhnout větších stupňů vertikální separace nebo agregace, zatímco rozpouštědla, která se odpařují rychleji, vytvářejí mnohem méně efektivní vertikální separaci. Větší gradienty rozpustnosti by měly vést k efektivnější vertikální separaci, zatímco menší gradienty by měly vést k homogennějším filmům. Tyto dva efekty byly ověřeny na solárních článcích P3HT: PCBM.

Rovněž byla studována rychlost odpařování rozpouštědla, jakož i následné páry rozpouštědel nebo tepelné žíhání. Zdá se, že směsi jako P3HT: PCBM těží z postupů tepelného žíhání, zatímco jiné, jako například PTB7: PCBM, nevykazují žádný přínos. U P3HT se zdá, že přínos plyne ze zvýšení krystalinity fáze P3HT, která je generována vypuzováním molekul PCBM z těchto domén. To bylo prokázáno studiemi mísitelnosti PCBM v P3HT a také změnami složení domény v závislosti na dobách žíhání.

Výše uvedená hypotéza založená na mísitelnosti plně nevysvětluje účinnost zařízení, protože v čistých heterojunkčních zařízeních nikdy neexistují pouze čisté amorfní fáze buď donorových nebo akceptorových materiálů. Dokument z roku 2010 naznačil, že současné modely, které předpokládají čisté fáze a diskrétní rozhraní, mohou selhat vzhledem k absenci čistých amorfních oblastí. Vzhledem k tomu, že současné modely předpokládají oddělení fází na rozhraní bez ohledu na čistotu fází, může být nutné modely změnit.

Postup tepelného žíhání se liší v závislosti na tom, kdy je přesně aplikován. Vzhledem k tomu, že vertikální migrace druhů je částečně určena povrchovým napětím mezi aktivní vrstvou a vzduchem nebo jinou vrstvou, výsledek ovlivňuje žíhání před nebo po uložení dalších vrstev (nejčastěji kovové katody). V případě solárních článků P3HT: PCBM je vertikální migrace zlepšena, když jsou články po depozici kovové katody žíhány.

Akumulace dárce nebo akceptoru vedle sousedních vrstev může být prospěšná, protože tyto akumulace mohou vést k efektům blokování děr nebo elektronů, které mohou mít prospěch z výkonu zařízení. V roce 2009 se ukázalo, že rozdíl ve vertikální distribuci na solárních článcích P3HT: PCBM způsobuje problémy s pohyblivostí elektronů, což končí získáním velmi špatné účinnosti zařízení. Jednoduché změny v architektuře zařízení - rotační potažení tenké vrstvy PCBM na horní straně P3HT - výrazně zlepšují reprodukovatelnost buněk tím, že poskytují reprodukovatelné vertikální oddělení mezi součástmi zařízení. Protože je pro lepší účinnost vyžadován vyšší kontakt mezi PCBM a katodou, do značné míry to zvyšuje reprodukovatelnost zařízení.

Podle analýzy rozptylu neutronů byly směsi P3HT: PCBM popsány jako „řeky“ (oblasti P3HT) přerušované „proudy“ (oblasti PCBM).

Účinky rozpouštědel

Podmínky pro povlékání a odpařování ovlivňují účinnost zařízení. Rozpouštědlo a aditiva ovlivňují morfologii dárce-příjemce. Aditiva zpomalují odpařování, což vede ke vzniku více krystalických polymerů a tím ke zlepšené vodivosti a účinnosti otvorů. Mezi typické přísady patří 1,8-oktanditiol, orto-dichlorbenzen , 1,8-dijodoktan (DIO) a nitrobenzen . Efekt DIO byl přičítán selektivní solubilizaci komponent PCBM, zásadně upravuje průměrnou skokovou vzdálenost elektronů, a tím zlepšuje pohyblivost elektronů. Aditiva mohou také vést k velkému zvýšení účinnosti polymerů. U solárních článků HXS-1/PCBM byl účinek korelován s generací náboje, transportem a stabilitou při skladování. Jiné polymery, jako je PTTBO, také významně těží z DIO a dosahují hodnot PCE více než 5% z přibližně 3,7% bez přísady.

Polymerní solární články vyrobené z chlornaftalenu (CN) jako spolurozpouštědla mají vyšší účinnost než ty, které jsou vyrobeny z konvenčnějšího čistého roztoku chlorbenzenu. Důvodem je změna morfologie donor-akceptor, která snižuje fázovou separaci mezi donorovým polymerem a fullerenem. V důsledku toho se to promítá do mobilit s vysokou dírou. Bez pomocných rozpouštědel se tvoří velké domény fullerenu, což snižuje fotovoltaický výkon článku v důsledku agregace polymeru v roztoku. Tato morfologie pochází z oddělení fáze kapalina-kapalina během sušení; vyřešit odpařování způsobí, že směs vstoupí do spinodální oblasti, ve které dochází k výrazným tepelným výkyvům. Velké domény zabraňují efektivnímu shromažďování elektronů (snižování PCE).

Malé rozdíly ve struktuře polymeru mohou také vést k významným změnám v balení krystalů, které nevyhnutelně ovlivňují morfologii zařízení. PCPDTBT se liší od PSBTBT způsobeného rozdílem v přemosťujícím atomu mezi dvěma polymery (C vs. Si), což znamená, že u PCPDTBT je možné dosáhnout lepších morfologií: solární články PCBM obsahující aditiva na rozdíl od systému Si, který dosahuje dobré morfologie bez pomoci další látky.

Samostatně sestavené buňky

Byla zkoumána supramolekulární chemie za použití donorových a akceptorových molekul, které se shromáždí při odlévání a zahřívání. Většina supramolekulárních sestav využívá malé molekuly. Dárcovské a akceptorové domény v tubulární struktuře se zdají být ideální pro organické solární články.

Diblockové polymery obsahující fulleren poskytují při tepelném žíhání stabilní organické solární články. Solární články s předem navrženými morfologiemi vznikly, když byly zavedeny vhodné supramolekulární interakce.

Pokrok na BCP obsahujících deriváty polythiofenu poskytuje solární články, které se montují do dobře definovaných sítí. Tento systém vykazuje PCE 2,04%. Morfologii řídí vodíkové vazby .

Účinnost zařízení založená na kopolymerových přístupech dosud nepřekročila 2% bariéru, zatímco hromadně heterojunkční zařízení vykazují účinnost> 7% v konfiguracích s jedním spojením.

Ke studiu organizace domény byly použity blokové kopolymery tyčových cívek roubované fullerenem .

Supramolekulární přístupy k organickým solárním článkům poskytují informace o makromolekulárních silách, které vedou k oddělení domén.

Průhledné polymerní buňky

Průhledné nebo poloprůhledné PSC umožňují absorpci nízko nebo vysokoenergetických fotonů mimo viditelné spektrum, čímž optimalizují jeho možnosti využití slunečního světla a pokrývají širší absorpční spektra. Tyto typy PSC jsou ideální pro zachycení blízkých infračervených nebo ultrafialových fotonů díky své nízké vlastní citlivosti na fotony ve viditelném spektru. Typické PSC využívají neprůhledné kovové elektrody, které omezují jeho průhlednost a tím i výkon. Absorpční vrstva PSC je vnitřně poloprůhledná. Jedním z přístupů k dosažení viditelně transparentního PSC je upravit horní elektrodu, aby byla transparentnější. K výrobě poloprůhledných horních elektrod byly použity materiály jako ITO, ultratenké kovy, kovové mřížky, grafen a uhlíkové nanotrubice. Přesto se ukázalo, že výkon transparentních PSC ve srovnání s jejich protějšky s neprůhlednými elektrodami PSC chybí. Když je horní elektroda zprůhledněna, schopnost buňky zachytit elektromagnetické pole ve vrstvě absorbéru klesá, což má za následek nízkou hodnotu PCE. V současné době probíhá rozsáhlé množství výzkumu ke zlepšení PCE takových buněk. Tyto typy PSC byly použity pro fotovoltaiku integrovanou do budov, tandemová zařízení a přenosnou elektroniku.

Infračervené polymerní články

Infračervené buňky přednostně absorbují světlo v infračerveném rozsahu než viditelné vlnové délky. Studie z roku 2010 vyvinula infračervené transparentní PSC s horní elektrodou z CNT filmu na zadní straně a skleněnou vrstvou ITO na přední straně, která umožňuje optickou propustnost z obou stran buňky. Vrstva ZnO byla umístěna na vršek ITO s vrstvou P3HT: PCBM přidanou do ZnO, čímž byla vytvořena buňka ITO/ZnO/P3HT: PCBM/CNT (zdola nahoru). Bylo pozorováno, že horní CNT elektroda a spodní ITO elektroda vykazovaly 80% propustnost ve spektrech 500 nm až 2,5 um. Buňka sama měla optickou propustnost 80% v rozmezí 670 nm až 1,2 um, 60% v rozmezí 1,2 um až 2,5 um. Naopak kontrolní buňka s horní elektrodou Ag nevedla v tomto spektru k žádné propustnosti. Kromě toho měla buňka relativně nízkou propustnost ve viditelné oblasti v důsledku vysoké viditelné absorbance vrstvy P3HT: PCBM. Takové buňky lze aplikovat na tandemová zařízení a vertikální sestavu PSC.

V roce 2012 byly infračervené buňky téměř 70% průhledné pro viditelné světlo. Články lze údajně vyrábět ve velkém objemu za nízké náklady pomocí zpracování roztoku. Buňky používají jako vrchní elektrodu kompozitní fólie ze stříbrných nanodrátů / oxidu titaničitého , které nahrazují běžné neprůhledné kovové elektrody. S touto kombinací bylo dosaženo 4% účinnosti přeměny energie.

V roce 2014 byly téměř infračervené polymerní solární články na bázi kopolymeru naftodithiofen diimidu a bithiofenu (PNDTI-BT-DT) vyrobeny v kombinaci s PTB7 jako donorem elektronů. Jak PNDTI-BT-DT, tak PTB7 vytvořily ve směsných fóliích krystalickou strukturu podobnou jako v původních fóliích, což vedlo k efektivní generaci náboje, kterou přispěly oba polymery.

Velká část výzkumu byla zaměřena na vývoj transparentní horní elektrody pro PSC. Studie z roku 2017 však prozkoumala optimalizaci aktivní vrstvy poloprůhledných PSC. Výzkumníci navrhli poloprůhledný PSC se zvýšenou účinností, který využívá jak úzkopásmový donor polymeru, PTB7-Th, tak non-fullerenový akceptor, IHIC. Výsledky této studie ukázaly, že navrhovaný PSC vykazoval vysokou propustnost a absorpci v infračerveném spektru, ale nízkou absorpci ve viditelném spektru. Tato buňka se ukázala být relativně stabilní a měla maximální PCE 9,77%, což je od roku 2017 nejvyšší hlášená hodnota PCE.

Typické chování proudového napětí a účinnost přeměny energie

Organická fotovoltaika, podobná anorganické fotovoltaice, je obecně charakterizována analýzou proudového napětí. Tato analýza poskytuje více hodnot metrik zařízení, které se používají k pochopení výkonu zařízení. Jednou z nejdůležitějších metrik je účinnost přeměny energie (PCE).

PCE (η) je úměrná součinu zkratového proudu (J _SC ), napětí naprázdno (V _OC ) a faktoru plnění (FF), které lze všechny určit z křivky proud-napětí .

${\ displaystyle \ eta = {\ frac {V _ {\ text {OC}} \ times J _ {\ text {SC}} \ times FF} {P _ {\ text {in}}}}}$

Kde P _in je dopadající sluneční energie.

Proud zkrat (Jsc), je maximální hodnota generace fotoelektrický proud. Odpovídá hodnotě zachycení y standardní křivky proud-napětí, ve které je proud vynesen podél osy y a napětí je vyneseno podél osy x. V organických solárních článcích může být zkratový proud ovlivněn různými materiálovými faktory. Patří sem mobilita nosičů náboje, optický absorpční profil a obecné energetické hnací síly, které vedou k efektivnější extrakci nosičů náboje

Napětí naprázdno (Voc) je napětí, kdy není proud tekoucí přes zařízení. To odpovídá průsečíku x na křivce proud-napětí. V rámci hromadných heterojunkčních organických fotovoltaických zařízení je tato hodnota velmi závislá na energetických úrovních HOMO a LUMO a pracovních funkcích pro materiály aktivní vrstvy

Protože výkon je součinem napětí a proudu, k bodu maximálního výkonu dochází, když je součin mezi napětím a proudem maximalizován.

Faktor naplnění, FF, lze považovat za „pravoúhlost“ křivky proudového napětí. Je to podíl maximální hodnoty výkonu a součin napětí naprázdno a zkratového proudu. To je na obrázku nahoře znázorněno jako poměr plochy žlutého obdélníku k většímu modrému obdélníku. U organické fotovoltaiky je tento faktor naplnění v podstatě měřítkem toho, jak efektivně generované náboje jsou ze zařízení extrahovány. To lze považovat za „soutěž“ mezi poplatky přepravovanými zařízením a poplatky, které se rekombinují.

Hlavním problémem kolem polymerních solárních článků je nízká účinnost přeměny energie (PCE) vyrobených článků. Aby byly PSC považovány za komerčně životaschopné, musí být schopné dosáhnout alespoň 10–15% účinnosti - to je již mnohem nižší než u anorganických FV. Vzhledem k nízkým nákladům na polymerní solární články je však 10–15% účinnost komerčně životaschopná.

Nedávné pokroky ve výkonu polymerních solárních článků vyplynuly z komprese pásma, aby se zvýšil zkratový proud a zároveň snížil nejvyšší obsazený molekulární orbitál (HOMO), aby se zvýšilo napětí v otevřeném obvodu. PSC však stále trpí nízkými faktory naplnění (obvykle pod 70%). Od roku 2013 však vědci dokázali vyrobit PSC s faktory naplnění více než 75%. Vědci dokázali dosáhnout pomocí obráceného BHJ a použitím nekonvenčních kombinací dárce / akceptor.

Komercializace

Polymerní solární články musí dosud komerčně konkurovat silikonovým solárním článkům a dalším tenkovrstvým článkům . Současná účinnost polymerních solárních článků leží blízko 10%, což je výrazně pod křemíkovými články. Polymerové solární články také trpí degradací životního prostředí a postrádají účinné ochranné nátěry .

K podpoře difúze nosičů náboje jsou zapotřebí další zlepšení výkonu; doprava musí být zlepšena kontrolou řádu a morfologie; a na problém přenosu náboje napříč rozhraními je třeba aplikovat inženýrství rozhraní.

Provádí se výzkum využití tandemové architektury za účelem zvýšení účinnosti polymerních solárních článků. Očekává se, že podobně jako anorganická tandemová architektura zvýší účinnost organická tandemová architektura. Ve srovnání s jednosměrným zařízením využívajícím nízkopásmové materiály může tandemová struktura snížit tepelné ztráty při konverzi foton na elektron.

Polymerní solární články nejsou široce vyráběny komerčně. Počínaje rokem 2008 zahájila společnost Konarka Technologies výrobu polymerních a fullerenových solárních článků. Počáteční moduly měly 3–5% účinnost a trvaly jen několik let. Konarka od té doby podala návrh na konkurz, protože tyto polymerní solární články nebyly schopny proniknout na trh FVE.

PSC také stále trpí nízkými faktory naplnění (obvykle pod 70%). Od roku 2013 však vědci dokázali vyrobit PSC s faktory naplnění více než 75%. Vědci dokázali dosáhnout pomocí obráceného BHJ a použitím nekonvenčních kombinací dárce / akceptor.

Vyvíjí se však úsilí o upscale výroby polymerních solárních článků, aby se snížily náklady a také se zasazoval o praktický přístup k výrobě PSC. Takové úsilí zahrnuje úplné zpracování řešení roll-to-roll. Zpracování roztoku roll-to-roll je však nevhodné pro výrobu elektřiny v síti kvůli krátké životnosti polymerních solárních článků. Komerční aplikace polymerních solárních článků proto stále zahrnují především spotřební elektroniku a domácí spotřebiče.

Modelování organických solárních článků

Jak je uvedeno výše, organické polovodiče jsou vysoce neuspořádané materiály bez dlouhého řádu. To znamená, že vodivostní pásmo a okraje valenčního pásma nejsou dobře definovány. Kromě toho tato fyzická a energetická porucha generuje stavy pasti, ve kterých se mohou fotogenerované elektrony a díry zachytit a nakonec rekombinovat.

Klíčem k přesnému popisu organických solárních článků v modelu zařízení je zahrnutí zachycení nosiče a rekombinace prostřednictvím stavů pasti. Běžně používaným přístupem je použití modelu efektivního média, kde jsou k popisu transportu přes zařízení použity standardní driftové difúzní rovnice. Poté je zaveden exponenciální konec stavů pasti, který se rozpadá do mezery pásma od okrajů mobility. K popisu zachycení/úniku z těchto stavů pasti lze použít Shockley – Read – Hall (SRH) . Ukázalo se, že mechanismus Shockley-Read-Hall je schopen reprodukovat chování zařízení polymer: fulleren v časové oblasti i v ustáleném stavu.

Aktuální výzvy a nedávný pokrok

Obtíže spojené s organickými fotovoltaickými články zahrnují jejich nízkou externí kvantovou účinnost (až 70%) ve srovnání s anorganickými fotovoltaickými zařízeními, přestože mají dobrou vnitřní kvantovou účinnost; to je způsobeno nedostatečnou absorpcí s aktivními vrstvami řádově 100 nanometrů. Nestabilita proti oxidaci a redukci, rekrystalizaci a teplotním změnám může také vést k degradaci zařízení a snížení výkonu v průběhu času. K tomu dochází v různé míře u zařízení s různým složením a je to oblast, ve které probíhá aktivní výzkum.

Mezi další důležité faktory patří délka difúze excitonu, separace náboje a shromažďování náboje, které jsou ovlivněny přítomností nečistot.

Nabijte mobilitu a dopravu přepravce

Zejména u hromadných heterojunkčních solárních článků je pochopení transportu nosiče náboje zásadní při zlepšování účinnosti organické fotovoltaiky. V současné době mají hromadná heterojunkční zařízení nevyváženou mobilitu nosiče náboje, přičemž mobilita otvorů je minimálně o řád nižší než mobilita elektronů; to má za následek nárůst prostorového náboje a snížení faktoru plnění a účinnosti přeměny energie zařízení. Vzhledem k nízké mobilitě musí být účinná hromadná heterojunkční fotovoltaika navržena s tenkými aktivními vrstvami, aby se zabránilo rekombinaci nosičů náboje, což je škodlivé pro absorpci a škálovatelnost při zpracování. Simulace ukázaly, že k získání hromadného heterojunkčního solárního článku s faktorem naplnění nad 0,8 a vnější kvantovou účinností nad 90%je zapotřebí vyvážená mobilita nosiče náboje, aby se snížil efekt prostorového náboje, a také zvýšení nosiče náboje pohyblivost a/nebo snížení konstanty rychlosti bimolekulární rekombinace .

Vliv morfologie filmu

Jak je popsáno výše, dispergované heterojunkce organických materiálů donor-akceptor mají vysokou kvantovou účinnost ve srovnání s planárním hetero-spojením, protože v dispergovaných heterojunkcích je pravděpodobnější, že exciton najde rozhraní v rámci své difúzní délky. Morfologie filmu může mít také drastický vliv na kvantovou účinnost zařízení. Drsné povrchy a přítomnost dutin mohou zvýšit sériový odpor a také možnost zkratu. Morfologii filmu a v důsledku toho kvantovou účinnost lze zlepšit žíháním zařízení po jeho pokrytí kovovou katodou o tloušťce ~ 1 000 Á. Kovový film na organický film působí na organický film napětím, což pomáhá zabránit morfologické relaxaci v organickém filmu. To dává více hustě zabalených filmů a současně umožňuje vytvoření fázově odděleného interpenetrativního rozhraní donor-akceptor uvnitř převážné části organického tenkého filmu.

Heterojunkce s řízeným růstem

K oddělení nabíjení dochází na rozhraní dárce a přijímače. Při cestování k elektrodě může dojít k zachycení a/nebo rekombinaci náboje v neuspořádaném vzájemně se prostupujícím organickém materiálu, což vede ke snížení účinnosti zařízení. Řízený růst heterojunkce poskytuje lepší kontrolu nad polohami materiálů donor-akceptor, což má za následek mnohem větší energetickou účinnost (poměr výstupního výkonu k vstupnímu výkonu) než u rovinných a vysoce dezorientovaných hetero-spojů (jak je znázorněno na obr. 5). Volba vhodných parametrů zpracování za účelem lepší kontroly struktury a morfologie filmu je tedy velmi žádoucí.

Pokrok v růstových technikách

Většinou jsou organické filmy pro fotovoltaické aplikace nanášeny rotačním nanášením a depozicí v plynné fázi. Avšak každá metoda má určité nevýhody, technika rotačního nanášení může potahovat větší povrchové plochy vysokou rychlostí, ale použití rozpouštědla pro jednu vrstvu může degradovat již existující polymerní vrstvu. Další problém souvisí se vzorováním substrátu pro zařízení, protože rotační nanášení má za následek potažení celého substrátu jediným materiálem.

Vakuové tepelné odpařování

Další depoziční technikou je vakuové tepelné odpařování (VTE), které zahrnuje zahřívání organického materiálu ve vakuu. Substrát je umístěn několik centimetrů od zdroje, takže odpařený materiál může být přímo uložen na substrát, jak je znázorněno na obr. 6 (a). Tato metoda je užitečná pro nanášení mnoha vrstev různých materiálů bez chemické interakce mezi různými vrstvami. Někdy však existují problémy s jednotností tloušťky filmu a rovnoměrným dopingem na velkoplošných substrátech. Materiály, které se ukládají na stěně komory, mohou navíc kontaminovat pozdější usazeniny. Tato technika „přímé viditelnosti“ může také vytvářet díry ve filmu v důsledku stínování, což způsobuje zvýšení odporu zařízení a zkratu.

Organická depozice v plynné fázi

Organická depozice v plynné fázi (OVPD, obr. 6 (b)) umožňuje lepší kontrolu struktury a morfologie filmu než vakuové tepelné odpařování. Proces zahrnuje odpaření organického materiálu na substrátu v přítomnosti inertního nosného plynu. Výslednou morfologii filmu lze vyladit změnou průtoku plynu a teploty zdroje. Rovnoměrné fólie lze pěstovat snížením tlaku nosného plynu, což zvýší rychlost a střední volnou dráhu plynu, a v důsledku toho se zmenší tloušťka mezní vrstvy. Buňky produkované OVPD nemají problémy související s kontaminací vločkami vycházejícími ze stěn komory, protože stěny jsou teplé a nedovolují molekulám ulpívat a vytvářet na nich film.

Další výhodou oproti VTE je jednotnost rychlosti odpařování. K tomu dochází, protože nosný plyn se nasytí parami organického materiálu vycházejícími ze zdroje a poté se pohybuje směrem k ochlazenému substrátu, obr. 6 (b). V závislosti na parametrech růstu (teplota zdroje, základní tlak a tok nosného plynu) může být nanesený film krystalické nebo amorfní povahy. Zařízení vyrobená pomocí OVPD vykazují vyšší hustotu zkratového proudu než zařízení vyrobená pomocí VTE. Další vrstva hetero-spojení dárce-akceptoru v horní části buňky může blokovat excitony, přičemž umožňuje vedení elektronu; což má za následek zlepšenou účinnost článku.

Organický solární inkoust

Organický solární inkoust je schopen poskytovat vyšší výkon ve fluorescenčních světelných podmínkách ve srovnání s amorfními křemíkovými solárními články a údajně má o 30% až 40% nárůst hustoty vnitřního výkonu ve srovnání se standardní organickou solární technologií.

Zachycení světla

Pro zvýšení efektů zachycování světla (Light in-coupling) v tenkých organických solárních článcích se používají různé typy komponent. Kromě flexibility organických solárních článků lze pomocí flexibilních elektrod a substrátů místo ITO a skla vyrábět plně flexibilní organické solární články. Díky tomuto použití flexibilních substrátů a substrátů se zavádějí snadnější metody pro zajištění efektů zachycování světla OPV, jako jsou polymerové elektrody s vloženými rozptylovými částicemi, nanopotištěné polymerové elektrody, vzorované PET substráty a dokonce i optický zobrazovací film komerčně dostupný pro displeje z tekutých krystalů (LCD) jako substráty. Bude zapotřebí hodně výzkumu pro zvýšení výkonu OPV s výhodou snadného zpracování struktur zachycujících světlo.

Použití v tandemové fotovoltaice

Nedávný výzkum a studie byly provedeny s využitím organického solárního článku jako nejlepšího článku v hybridním tandemovém solárním článku . Vzhledem k tomu, že organické solární články mají větší mezeru v pásmu než tradiční anorganické fotovoltaiky, jako je křemík nebo CIGS , mohou absorbovat fotony s vyšší energií, aniž by ztratily velkou část energie v důsledku termalizace, a tudíž pracují s vyšším napětím. Fotony s nižší energií a fotony s vyšší energií, které nejsou absorbovány, procházejí horním organickým solárním článkem a poté jsou absorbovány spodním anorganickým článkem. Organické solární články jsou také zpracovatelné v roztoku za nízkých teplot s nízkými náklady 10 dolarů za metr čtvereční, což má za následek tisk špičkového článku, který zlepšuje celkovou účinnost stávajících anorganických technologií solárních článků. Bylo provedeno mnoho výzkumu, aby se umožnila tvorba takového hybridního tandemového solárního článku, včetně výzkumu v ukládání poloprůhledných elektrod, které udržují nízký kontaktní odpor a zároveň mají vysokou průhlednost.

Nedávné pokyny pro hromadný výzkum heterojunkčních materiálů

Jednou z hlavních oblastí současného výzkumu je použití non-fullerenových akceptorů . Zatímco akceptory fullerenu byly standardem pro většinu organické fotovoltaiky kvůli jejich kompatibilitě v rámci návrhů hromadných heterojunkčních článků a jejich dobrým transportním vlastnostem, mají určité nedostatky, které vedou vědce k pokusu najít alternativy. Mezi negativa akceptorů fullerenu patří jejich nestabilita, že mají poněkud omezenou energetickou vyladitelnost a mají špatnou optickou absorpci. Vědci vyvinuli akceptory malých molekul, které díky své dobré laditelnosti energie mohou vykazovat vysoké napětí v otevřeném obvodu. Vědci zkombinováním donoru polymeru (D18) s akceptorem malé molekuly (Y6) vyrobili v laboratoři organické solární články s vysokou účinností přes 18%. Stále však existují velké problémy s akceptory non-fullerenu, včetně mobilit s nízkou molekulovou hmotností akceptorů akceptorů malých molekul, a že naprostý počet možných molekul je pro výzkumnou komunitu zdrcující.

Malé molekuly jsou také intenzivně zkoumány, aby fungovaly jako dárcovské materiály, potenciálně nahrazující polymerní dárce. Jelikož se malé molekuly neliší v molekulových hmotnostech tak, jak se liší polymery, vyžadují méně purifikačních kroků a jsou méně náchylné k defektům makromolekul a zlomům, které mohou vytvářet stavy pasti vedoucí k rekombinaci. Nedávný výzkum ukázal, že vysoce výkonné struktury malých molekulárních dárců mívají planární 2-D struktury a mohou se agregovat nebo se shromažďovat samostatně. Sinusový výkon těchto zařízení je vysoce závislý na morfologii aktivní vrstvy, současný výzkum pokračuje ve zkoumání možností malých molekul a optimalizaci morfologie zařízení pomocí procesů, jako je například žíhání pro různé materiály.

Jiné solární články třetí generace

• Solární článek citlivý na barvivo
• Hybridní solární článek
• Nanokrystalový solární článek
• Fotoelektrochemická buňka

Viz také

Reference

Další čtení

• Elektronické procesy v organických krystalech a polymerech, 2. vydání. Martin Pope a Charles E. Swenberg, Oxford University Press (1999), ISBN  0-19-512963-6
• Organic Photovoltaics by Christoph Brabec, Vladimir Dyakonov, Jürgen Parisi and Niyazi Serdar Sariciftci (eds.), Springer Verlag (Berlin, 2003), ISBN  3-540-00405-X
• Organická fotovoltaika: Mechanismy, materiály a zařízení (optické inženýrství) od Sam-Shajing Sun a Niyazi Serdar Sariciftci (eds.), CRC Press (2005), ISBN  0-8247-5963-X
• Handbook of Organic Electronics and Photonics (3-Volume Set) od Hari Singh Nalwa, American Scientific Publishers. (2008), ISBN  1-58883-095-0
• Green, Martin A .; Emery, Keith; Hishikawa, Yoshihiro; Warta, Wilhelm (2010). „Tabulky účinnosti solárních článků (verze 36)“ . Pokrok ve fotovoltaice: výzkum a aplikace . 18 (5): 346–352. doi : 10,1002/pip.1021 .
• Sariciftci, NS; Smilowitz, L .; Heeger, AJ; Wudl, F. (1992). „Fotoindukovaný elektronový přenos z vedení polymerů na Buckminsterfullerene“. Věda . 258 (5087): 1474–1476. Bibcode : 1992Sci ... 258.1474S . doi : 10,1126/věda.258,5087,1474 . PMID  17755110 . S2CID  44646344 .
• NS Sariciftci, AJ Heeger, Photophysics, Charge Separation and Device Applications of Conugated Polymer/Fullerene Composites, in Handbook of Organic Conductive Molecules and Polymers , edited by HSNalwa, 1 , Wiley, Chichester, New York, 1997, Ch. 8, s. 413–455
• „Plastové solární články“ Christoph J. Brabec, N. Serdar Sariciftci, Jan Kees Hummelen, Advanced Functional Materials, sv. 11 č. 1, s. 15–26 (2001)
• Mayer, Alex C .; Scullyová, Shawn R .; Hardin, Brian E .; Rowell, Michael W .; McGehee, Michael D. (2007). „Solární články na bázi polymerů“ . Materiály dnes . 10 (11): 28–33. doi : 10,1016/S1369-7021 (07) 70276-6 .
• H. Hoppe a NS Sariciftci, Polymer Solar Cells, s. 1–86, in Photoresponsive Polymers II, Eds .: SR Marder and K.-S. Lee, Advances in Polymer Science, Springer, ISBN  978-3-540-69452-6 , Berlin-Heidelberg (2008)

externí odkazy

• Klíč „roztočení“ elektronu k průlomu solárních článků “ (University of Cambridge)
• http://search.nrel.gov/query.html?qm=1&charset=utf-8&style=eere&col=eren&qc=eren&ht=815081754&ct=345728017
• LIOS - Linzer Institut für Organische Solarzellen, Johannes Kepler Universität Linz, Österreich
• Quantsol 1998