Новые результаты исследования, о которых сообщает международная команда во главе с Национальным институтом стандартов и технологий (NIST), указывают, что «сладкое пятно» для массового производства солнечных батарей полимера – дразнящей перспективы на десятилетия – может быть намного больше, чем продиктованный расхожим мнением. В экспериментах, используя макет большого объема, метода обработки от рулона к рулону, исследователи произвели основанные на полимере солнечные клетки с «эффективностью преобразования электроэнергии» лучше, чем 9,5 процентов, просто застенчивых из минимальной коммерческой цели 10 процентов.Это почти так хорошо, как мелкосерийные устройства сделали в лаборатории с покрытием вращения, метод, который создает высококачественные фильмы в лаборатории, но коммерчески непрактичен, так как это тратит впустую до 90 процентов начальных чернил.
Несколько удивительный исследователям, их выпускаемые серийно версии показали молекулярную упаковку и структуру, которая незначительно напомнила структуру сделанных в лаборатории вариантов, который в их лучшем новообращенном приблизительно 11 процентов солнечного света инцидента в электроэнергию.«’Эмпирическое правило’ состояло в том, что солнечные батареи полимера большого объема должны посмотреть точно так же, как сделанные в лаборатории с точки зрения структуры, организации и форме в масштабе миллимикрона», сказал Ли Рихтер, физик NIST, который работает над функциональными полимерами. «Наши эксперименты указывают, что требования намного более гибки, чем принятый, допуская большую структурную изменчивость, значительно не жертвуя конверсионной эффективностью».«Эффективная фальсификация от рулона к рулону ключевая для достижения недорогого производства большого объема, которое позволило бы гелиотехнике измерить к значительной части глобальной выработки энергии», объяснил Он Ян, сотрудник из Гонконгского университета науки и технологии.
Команда экспериментировала с материалом покрытия, состоявшим из фторировавшего полимера и фуллерена (также известный как «бакибол»). Идя техническим именем PffBT4T-2OD, полимер привлекателен для чешуйчатого производства – достижение эффективности преобразования электроэнергии, о которой сообщают, больше чем 11 процентов. Значительно, это может быть применено в относительно толстых слоях – способствующий обработке от рулона к рулону.
Однако наиболее эффективные солнечные клетки были произведены с методом покрытия вращения, мелкосерийным процессом. В покрытии вращения жидкость распределена на центр диска или другого основания, которое вращается, чтобы распространить материал, пока желаемая толщина покрытия не достигнута. Помимо создания большого количества отходов, процесс постепенный – а не непрерывный – и размер основания ограничен.
Таким образом, исследовательская группа решила проверить коммерчески соответствующие методы покрытия, тем более, что PffBT4T-2OD может быть применен в относительно толстых слоях 250 миллимикронов и больше, или примерно размер большого вируса. Они начали с покрытия лезвия – сродни удерживанию острия ножа при части малой толики выше рассматриваемого стеклянного основания, поскольку это скользит, рисуя PffBT4T-2OD на основание.Ряд основанных на рентгене измерений показал, что температура, при которой PffBT4T-2OD был применен и сушеный значительно, влияла на материальную структуру проистекающего покрытия – особенно ориентация, интервал и распределение кристаллов, которые сформировались.Основания, покрытые лезвием на уровне 90 градусов Цельсия (194 градуса по Фаренгейту), были самым высоким выполнением, достигая полезных действий преобразования электроэнергии, которые превысили 9,5 процентов.
Удивительно, на уровне миллимикрона, конечные продукты значительно отличались от покрытых вращением устройств «чемпиона», сделанных в лаборатории. Подробные измерения в реальном времени и во время покрытия лезвия и во время покрытия вращения показали, что различные структуры явились результатом быстрого охлаждения во время покрытия вращения против постоянной температуры во время покрытия лезвия.«Измерения в реальном времени были очень важны для развития надлежащего понимания кинетики формирования фильма и окончательной оптимизации», сказал Арам Амассиан, сотрудник из Университета короля Саудовской Аравии Абдуллы Науки и техники.
Поощренный результатами, команда выполнила предварительные измерения покрытия PffBT4T-2OD, сформированного о поверхности гибкого пластмассового листа. Покрытие было применено на место NIST – умирают линия покрытия от рулона к рулону, непосредственно подражая крупномасштабному производству.
Измерения подтвердили, что материальные структуры сделали с покрытием лезвия, и сделанные с «местом умирают, покрытие» было почти идентично, когда обработано при тех же самых температурах.«Ясно, что тип обработки метода использовал, влияет на форму областей и их распределения размера в заключительном покрытии, но эта отчетливо различная морфология не обязательно подрывает работу», сказал Харальд Эйд, сотрудник из Университета штата Северная Каролина. «Мы думаем, что эти результаты дают важные представления для проектирования солнечных батарей полимера, оптимизированных для обработки от рулона к рулону».