11-Mavzu. Eksiton tipadagi quyosh elementlarining uchinchi avlodi

SEOG volumetrik geterofunksiyali quyosh elementlarining asosiy tamoyillari elektrodlar orasidagi volumetrik heterojunksiyadan iborat (16 -rasm). Ommaviy geterojunksiya - bu alohida fazalarni tashkil etuvchi, eksitonlarning fotogeneratsiyasi sodir bo'ladigan donor va akseptor organik birikmalar aralashmasidir. Donor sifatida har xil polimerlar ishlatiladi, odatda donor komponenti bilan aralashuvchanlikni oshirish uchun o'zgartirilgan fulleren hosilalari akseptor sifatida ishlatiladi. Birinchi marta organik fotovoltaikada 1993 yilda ishlatilgan [88], fullerenlar bir qator o'ziga xos xususiyatlar tufayli keng tarqaldi, masalan, manfiy zaryadni barqarorlashtirish qobiliyati, elektronlarning yuqori harakatchanligi va zaryadlarning izotrofik tashilishi. Hozirgacha SEOG (6,6) -fenil-Co1-butir kislotasi bo'yicha birinchi ishda ishlatilgan, odatda PCa VM yoki oddiy RSVM bilan ifodalanadigan metil ester hali ham juda mashhur [83, 88]. Zamonaviy SEOGda samaraliroq va qimmatroq kislotali materialli metil ester (PC1 VM) ishlatiladi [89, 90]. Yangi fulleren hosilalari ham ishlab chiqilmoqda [91]. Biroq, fullerenlar kamchiliklardan xoli emas: ular amalda ko'rinadigan diapazon nurini deyarli yutmaydi-(6,6) -fenil-Sti-buti; hozirda fulleren bo'lmagan akseptorlarni qidirish davom etmoqda. Fulleren bo'lmagan akseptorli quyosh batareyasi uchun rekord samaradorlik 6,8% 192 /ni tashkil qiladi, 11% samaradorlik esa fulleren hosilalari yordamida olingan [91]. Katta heterojunksiya bir -biriga bog'langan va elektrodlarga nisbatan amalda nosimmetrikdir. Shuning uchun, mahalliy statik maydonlar xaotik tarzda yo'naltiriladi, ya'ni fazalar chegarasida hosil bo'lgan elektronlar va teshiklar ikkala elektrodga ham o'tishi, to'qnashishi va qayta birlashishi mumkin. Yuqori rekombinatsiya yo'qotilishining oldini olish uchun, heterojunksiyaning elektrodlar bilan aloqasini to'g'ridan -to'g'ri emas, balki bir turdagi zaryadni o'tkazadigan va boshqasini o'tkazmaydigan ingichka (3-20 nm) transport qatlamlari orqali amalga oshirishga harakat qilinadi. Teshik o'tkazuvchanligi yuqori bo'lgan qatlam sifatida sulfatlangan polistirol va poli-3,4-etilendioksitiofen natriy tuzi aralashmasidan tashkil topgan organik yarimo'tkazgich ishlatiladi; ba'zida metall oksidi (MOO3, WO3, V20) ;), va ZnO, TiO, Nb, 05, LiF [93, 94] bilan qatlam sifatida). Transport qatlamlari samaradorlikka turlicha ta'sir ko'rsatadi. Bu qatlamlarning quyoshga yopishishining o'zaro elektron o'tkazuvchanligi, energiya darajasining turli pozitsiyalari, sirt energiyasidagi farqlar va sirt rekombinatsiyasi jarayonlaridan kelib chiqadi [93, 94]. E'tibor bering, [94] sharhi kimyoviy yo'naltirilgan bo'lib, asosan quyma va tekis heterojunksiyali organik va gibrid QElarga bag'ishlangan. SEOG arxitekturasida ikkita geometriya ajralib turadi: normal va teskari (16 -rasmga qarang). Oddiy geometriyaga ega bo'lgan arxitekturada katta heterojunksiya orasiga teshik o'tkazuvchi qatlam qo'yiladi. Teskari geometriyada elektron o'tkazuvchi qatlam shaffof elektrod yonida joylashgan bo'lib, u hozir katod vazifasini bajaradi, teshik o'tkazuvchi qatlam esa kumushdan qilingan shaffof bo'lmagan anod yonida joylashgan [95]. Odatda ishlatiladigan alyuminiy va kaltsiyni kumush bilan almashtirish FE ning kislorod va namlikka chidamliligiga ham ijobiy ta'sir ko'rsatadi [95]. Keyinchalik, biz EGS barqarorligiga ta'sir etuvchi omillarni batafsil tahlil qilamiz va endi biz o'zimizni yuqori ish funktsiyali bitta misol bilan cheklaymiz, bu o'lchov normal va teskari geometriya o'rtasidagi farqni ko'rsatadi. Qog'oz [97] kapsulasiz SEOG degradatsiyasi tezligini normal va teskari geometriya bilan taqqoslaydi. Oddiy geometriyaga ega SC 5 kun ichida butunlay tanazzulga uchradi va teskari geometriya batareyalarga 40 kundan keyin 80% dastlabki samaradorligini saqlab qolish imkonini berdi. Shuni yodda tutish kerakki, RSVM (yoki RZNT, Poly (3-geksiltiofen)) har ikkala transport qatlami bilan chegaralanadi, shu bilan birga, REDOT-PSS elektronlarining va shunga mos ravishda teshiklarning LiF yoki ZnO ga o'tishi baquvvatdir. noqulay Shuni ham ta'kidlaymizki, yanada qulayroq energiya darajasiga o'tish tashuvchi hisoblanadi. Zaryad energiyani yo'qotmoqda. Shunday qilib, RSVMdan Alga o'tishda elektron 0,4 evro yo'qotadi va alyuminiy katodni oddiy geometriyada kumushga almashtirganda, yo'qotish 1,3 eV bo'ladi. Shuning uchun oddiy geometriya past ishchi funktsiyali metallarni ishlatadi, ular kuchli qaytaruvchi moddalardir, lekin havoda oksidlanishga uchraydi. Umuman olganda, teskari geometriyaga ega qurilmalar amalda oddiy geometriyaga ega qurilmalardan unumli emas. Masalan, [98] yilda teskari geometriyada 9,5% samaradorlikka erishildi. Organik materiallarni ishga tushirish va bunday quyosh batareyalarini ishlab chiqarishning arzonligini hisobga olsak, bu juda yaxshi ko'rsatkich. SEOG kamchiliklarining qisqa xizmat muddati, bu sanoatning bunday QEga bo'lgan qiziqishini kamaytiradi. Buni tuzatishning umumiy qabul qilingan usuli - bu inkapsulyatsiyaning eng jiddiy kamchiliklaridan biri. U quyosh batareyalarini havodagi kimyoviy faol gazlardan, namlikdan, ultrabinafsha (UV) nurlanishidan va mexanik shikastlanishdan himoya qilish uchun mo'ljallangan. Bunday holda, material kimyoviy jihatdan inert, yuqori shaffoflik va mexanik kuchga ega bo'lishi kerak. Biroq, optik oynalar ancha qimmat, og'irligi juda katta, egiluvchanligi yo'q va quyosh batareyasini yaratish texnologik jarayoniga yaxshi qo'shilmagan. Yupqa plyonkali SEOGni sanoat miqyosida ishlab chiqarish uchun inert gaz muhitida ancha arzon texnologiyalarni ishlab chiqarishga imkon beradigan va SEOGni degradatsiyadan samarali himoya qiladigan yangi kapsülasyon texnologiyalarini ishlab chiqish kerak. Hozirgi vaqtda vakuumli texnologiyalardan foydalanmasdan bu maqsadlar uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan bir qancha kapsulyatsion materiallar (organik, noorganik yoki gibrid) mavjud. Yupqa plyonkali usullari haqida batafsil ma'lumotni [99] sharhda topishingiz mumkin. Hozirgi vaqtda chop etilayotgan maqolalarning ko'p qismi SEOG ishini oddiy geometriya bilan tasvirlashga bag'ishlangan. Ammo, atrof -muhit ta'siriga nisbatan ancha yuqori barqarorlik tufayli, teskari geometriya SEOG uchun laboratoriya testlaridan amaliyotga o'tishning istiqboli yaxshiroqdir [93].