Te panele słoneczne są marzeniem ekologów. Chiny ponownie zaskoczyły świat

Organiczne ogniwa słoneczne (OSC) od lat uchodziły za ogniwa potencjalnie rewolucjonizujące cały sektor fotowoltaiczny. Są bowiem lekkie, potencjalnie tanie, gotowe do zastosowań na dużą skalę w elastycznych i niestandardowych instalacjach. Ograniczała je jednak ich relatywnie niska sprawność oraz konieczność stosowania toksycznych rozpuszczalników, ale teraz, dzięki drobnej, ale sprytnej korekcie w chemii, ten trend może się całkowicie odwrócić. Tak przynajmniej wynika z badań zespołu z Uniwersytetu Technologicznego w Shenzhen.

Chińskie organiczne ogniwa słoneczne nowej generacji. 20% sprawności bez halogenów i toksyn

Kluczem do zrewolucjonizowania organicznych ogniw słonecznych okazały się dwa niemal identyczne dodatki, bo ODBC (octyl-diphenyl-benzene-carboxylate) i PDBC (propyl-diphenyl-benzene-carboxylate) wprowadzone do warstwy akceptorowej ogniwa z użyciem toulenu, czyli rozpuszczalnika bezpieczniejszego od chloroformu. To właśnie w tej warstwie znajduje się materiał, który przyjmuje elektrony od warstwy donorowej po wzbudzeniu światłem. Gdy foton uderza w materiał donorowy, wzbudza elektron, ale żeby ten elektron mógł być skutecznie przekazany dalej (np. do elektrody), musi “przeskoczyć” do materiału akceptorowego. Tam trafia do pasma przewodnictwa, a dziura (brak elektronu) zostaje w donorze. Dzięki temu zjawisku powstaje prąd.

Czytaj też: Nowa fotowoltaika z Chin może zmiażdżyć krzem. Zachwyca wydajnością i ceną

Wspomniane cząsteczki działają jak molekularne przewodniki, zapobiegając agregacji materiału i prowadząc do uporządkowanego rozmieszczenia składników w strukturze pochłaniającej światło, a to akurat jest kluczowe, ponieważ mikroskopowa morfologia aktywnych warstw OSC bezpośrednio wpływa na generowanie, transport i zbieranie ładunków elektrycznych. Nowe dodatki umożliwiają precyzyjne krystalizowanie warstw podczas suszenia, co w praktyce przekłada się na wydajność na poziomie 19,7–20,0%, a wszystko to zostało osiągnięte bez użycia toksycznych rozpuszczalników.

Czytaj też: Elektryki kontra podtopienia i zalane drogi. Chińczycy przeprowadzili ekstremalny test akumulatora

Wciąż jednak pozostaje wiele wyzwań, aby wprowadzić organiczne ogniwa słoneczne do użytku. Obejmuje to ich trwałość w warunkach zewnętrznych, odporność na UV i wilgoć, skalowalność produkcji oraz powtarzalność wyników między poszczególnymi wyprodukowanymi modułami. Dlatego też, choć nowa chemia zwiększa stabilność w laboratorium, dopiero testy terenowe pokażą, czy można nią zastąpić krzemowe panele w rzeczywistych warunkach. Badacze będą więc musieli udowodnić, że ich technologia nie jest jedynie laboratoryjnym osiągnięciem i ma potencjał na komercjalizację w przeciągu kilku lat.