Polymeereistä valmistetuilla aurinkokennoilla on potentiaalia olla halpoja ja kevyitä, mutta tiedemiehet pyrkivät tekemään sähköä tehokkaasti.

Polymeeri on suuri molekyyli, joka muodostaa muoveja ja muita tuttuja materiaaleja.

"Kenttä on melko epäkypsä - se on lapsenkengissä," sanoo Chicagon yliopiston kemian professori Luping Yu.

Nyt Yu: n johtama tutkijaryhmä on tunnistanut uuden polymeerin, jonka avulla sähkövaraus voi liikkua helpommin solun läpi, mikä lisää sähköntuotantoa.

”Polymeerisoluilla on suuret mahdollisuudet tarjota edullisia, kevyitä ja joustavia elektronisia laitteita aurinkoenergian keräämiseksi”, sanoo kemian jatko-opiskelija Luyao Lu. Luonto Fotoniikka joka kuvaa tulosta.

Tällaisten aurinkokennojen aktiiviset alueet koostuvat polymeerien seoksesta, joka antaa ja vastaanottaa elektroneja sähkövirran tuottamiseksi valolle altistettuna. Yu: n ryhmän kehittämä uusi polymeeri, nimeltään PID2, parantaa sähköenergiantuotannon tehokkuutta 15-prosentilla, kun se lisätään standardiin polymeeri-fullereeniseokseen.

”Fullereeni, pieni hiilimolekyyli, on yksi polymeerien aurinkokennojen standardimateriaaleista”, Lu sanoo. "Pohjimmiltaan polymeerisoluissa meillä on polymeeri elektronidonorina ja fullereeninä elektronin vastaanottajana varauksen erottamiseksi."

Työssään tutkijat lisäsivät laitteeseen toisen polymeerin, mikä johti aurinkokennoihin kahdella polymeerillä ja yhdellä fullereenillä.

8.2-prosenttitehokkuus

Ryhmä saavutti 8.2-prosentin tehokkuuden, kun lisättiin optimaalinen määrä PID2ia, joka oli korkein koskaan aurinkokennoille, jotka koostuvat kahdentyyppisistä polymeereistä fullereenillä, ja tulos merkitsee, että entistä suuremmat tehokkuudet voisivat olla mahdollisia lisätyön avulla.

Ryhmä, joka sisältää Argonne National Laboratoryn tutkijoita, pyrkii nyt työntämään tehokkuutta kohti 10-prosenttia, joka on vertailuarvo, jota polymeerien aurinkokennot ovat elinkelpoisia kaupalliseen käyttöön.

Tulos oli huomattava paitsi teknisten valmiuksien etenemisen, Yu-muistiinpanojen takia, myös siksi, että PID2 tehosti tehokkuutta uudella menetelmällä. Standardimekanismi tehokkuuden parantamiseksi kolmannen polymeerin avulla on lisätä valon absorptiota laitteessa.

Miten se toimii

Mutta tämän lisäksi joukkue havaitsi, että kun PID2ia lisättiin, varaukset kuljetettiin helpommin polymeerien ja koko solun välillä.

Jotta aurinkokennon muodostama virta saadaan, elektronit täytyy siirtää polymeeristä fullereeniin laitteen sisällä. Mutta tavanomaisen polymeeri-fullereenin elektronienergiatasojen ero on riittävän suuri, jotta elektronien siirto niiden välillä on vaikeaa. PID2illa on energian tasoja kahden muun välillä ja se toimii välittäjänä prosessissa.

”Se on kuin askel”, Yu sanoo. "Kun se on liian korkea, on vaikea kiivetä ylös, mutta jos laitat keskelle toisen askeleen, voit helposti kävellä ylös."

PID2: n lisääminen aiheutti polymeeriseoksen muodostavan kuituja, jotka parantavat elektronien liikkuvuutta koko materiaalissa. Kuidut toimivat polkuna, jonka avulla elektronit voivat kulkea aurinkokennon sivuilla oleviin elektrodeihin.

”Se on kuin katua ja joku, joka kulkee kadun varrella, löytää keinon siirtyä tästä päästä toiseen”, Yu kertoo.

Tämän rakenteen paljastamiseksi Argonnen kansallisen laboratorion materiaalitieteiden osaston Wei Chen ja molekyylitekniikan instituutti suorittivat röntgensäteilytutkimuksia käyttämällä Argonnen Advanced Photon Source -ohjelmaa ja Lawrence Berkeleyn Advanced Light Source -ohjelmaa.

”Ilman sitä on vaikea saada tietoa rakenteesta”, Yu sanoo. "Se hyödyttää meitä valtavasti."

”Tämä tieto toimii perustana, jolla kehitetään tehokkaita orgaanisia aurinkosähkölaitteita vastaamaan kansakunnan tulevia energiantarpeita”, Chen lisää.

Lähde: University of Chicago
Alkuperäinen tutkimus

kirjailijasta

Emily Conover on luonnontieteellinen kirjailija, jolla on asiantuntemusta fysiikasta ja tähtitieteestä. Hän kirjoittaa Chicagon yliopiston uutistoimistolle ja omalle henkilökohtaiselle tiedepalvelulleen, Weak Interactions, ja on saatavilla freelance-tiedettä tai teknistä kirjallisuutta varten.

Tiedonanto: Kansallinen tiedesäätiö, ilmavoimien tieteellisen tutkimuksen toimisto ja Yhdysvaltain energiaministeriö rahoittivat tutkimusta.

Suositeltava kirja:

Vihreä velho: Suojelu, aurinkoenergia, orgaaninen puutarhanhoito ja muut käytännön taidot sopivasta tekniikan työkalupakista - kirjoittanut John Michael Greer

Muinaisina aikoina velho oli freelance-älyllinen, jonka tärkein kauppa oli hyvä neuvonta, jota tukivat perusteellinen koulutus maataloudessa, navigoinnissa, poliittisessa ja sotilastieteessä, kielissä, kaupassa, matematiikassa, lääketieteessä ja luonnontieteissä. Tämä kirja on luettava kaikille, jotka ovat kiinnostuneita vähentämään riippuvuuttamme ylikuormitetusta teollisuusjärjestelmästä, ja vakavassa energiapulassa ja taloudellisissa vaikeuksissa maailmassa elämästä tulee paljon vähemmän traumaattista ja elävämpää. Ekologian peruskäsitteistä vihreään velhoon on monipuolinen käsikirja nykypäivän ohjattavaksi.

Klikkaa tästä lisätietoja ja / tai tilata tämän kirjan.