Rekordhatékonyságot értek el a kínai szerves napelemek – ráadásul mérgező anyagok nélkül

Egy kínai kutatócsoport olyan új szerves napelemet (OSC – organic solar cell) fejlesztett ki, amely nemcsak hatékonyabb, de környezetbarátabb is a korábbi megoldásoknál. A technológia ipari méretű alkalmazása olcsóbbá és fenntarthatóbbá teheti a napelemek gyártását és használatát.

A fejlesztett cellák 20% körüli hatásfokot értek el, ami kiemelkedően magas ebben a kategóriában, különösen úgy, hogy a cellák nem tartalmaznak mérgező oldószereket – írja az Interesting Engineering.

Összehasonlításképpen: más hasonló típusú napelemek legjobb esetben is 18%-os hatásfokot tudtak elérni.

A kínai kutatók toluolt használtak oldószerként – ez egy viszonylag biztonságos, elterjedt vegyület –, szemben a gyakran alkalmazott, de mérgező kloroformmal. A Sencseni Műszaki Egyetem kutatói szerint az így előállított napelemek nemcsak hatékonyak, hanem hosszú távon is stabilak, ami alkalmassá teszi őket ipari gyártásra is.

Hatékony és nem mérgező szerves napelemek

A szerves napelemek hatékonyságának egyik legnagyobb kihívása, hogy a belső anyagok térbeli elrendezése – az úgynevezett morfológia – megfelelő legyen. Ha túl szabálytalan vagy rendezetlen a szerkezet, az rontja a fényelnyelést és az energiaáramlást is.

A kínai kutatók két speciális kémiai adalékanyagot, ODBC-t és PDBC-t adtak a napelem egyes rétegeihez. Ezek olyan izomerek, vagyis csak apró különbség van közöttük, mégis eltérő hatással bírnak. Az ODBC például erősebb dipólmomentummal rendelkezik, így jobban segíti az anyagok rendeződését és korábbi kristályosodását, ami rendezettebb struktúrát eredményez, és javítja a fényelnyelést, valamint a töltéshordozók mozgását is.

Az ODBC-t az úgynevezett akceptor rétegbe építették be – nem a donor rétegbe –, mivel ott hatékonyabban alakítja ki az optimális szerkezetet és töltésáramlást.

További előny, hogy ezek az adalékanyagok lassabban párolognak, így a napelemnek több ideje van a száradás során a rétegek és kristályszerkezet ideális kialakítására. A jobb szeparáció és az egységesebb elrendeződés tovább javítja a teljesítményt.

Stabilitás és új lehetőségek az ipari gyártás felé

A kutatók az eredményeket úgy érték el, hogy alaposan tesztelték, milyen arányban és hol alkalmazzák az adalékanyagokat. A kémiai „segédanyagok” működését ahhoz hasonlítják, mint amikor a sütőpor segíti a sütemény egyenletes emelkedését – azaz irányítják az anyagok kristályosodását, száradását, és ezáltal a töltéshordozók mozgását is hatékonyabbá teszik.

A módszer sikerét jól mutatja, hogy az egyik rendszer 19,7%-os, hitelesített hatásfokot ért el, ami eddig a legmagasabb érték, amit környezetbarát oldószerrel – például toluollal – készült szerves napelemmel elértek. Egy másik kialakítás pusztán az új eljárás alkalmazásával 14%-ról 17%-ra javult.

Emellett az új napelemek jobb hosszú távú stabilitást mutattak és kevesebb energiaveszteséget szenvedtek el. A kutatók szerint az új módszert különféle típusú szerves napelemeknél is lehet majd alkalmazni, így a technológia közelebb hozza a hatékony, környezetbarát és költséghatékony napelemek ipari gyártását.

Kiemelt kép forrása: Pixabay

A Rekordhatékonyságot értek el a kínai szerves napelemek – ráadásul mérgező anyagok nélkül bejegyzés először NRGreport-én jelent meg.