Солнечные модули, которые можно увидеть на крышах многих домов, в основном состоят из полупроводникового кремния. Они тяжелые и, следовательно, их дорого устанавливать на крышах.
Более того, они не очень хорошо вписываются в окружающую среду.Органические солнечные элементы, которые состоят из органических молекул, таких как пластиковые пакеты или липкая пленка, являются альтернативой этим обычным солнечным элементам. Органические солнечные элементы растворимы, поэтому их можно производить с помощью принтера. Поскольку они очень тонкие и легкие, установка этого тонкого светопреобразующего устройства возможна в различных местах, кроме того, можно регулировать цвет и форму солнечных элементов.
Однако одним из текущих недостатков является то, что эффективность органических фотоэлектрических элементов еще не достигла эффективности кремниевых солнечных элементов.Процессы на наноуровне
Одним из ключевых параметров получения большего количества энергии от гибких солнечных элементов является расположение молекулярных компонентов материала. Это важно для преобразования энергии, потому что, как и в случае с «классическим» солнечным элементом, должны производиться свободные электроны. Для этого органическим солнечным элементам нужны два типа материала: один отдает электроны, а другой принимает их.
Граница раздела между этими материалами должна быть как можно больше, чтобы преобразовывать свет в электричество. До сих пор не было точно известно, как молекулы выравниваются друг с другом во время процесса печати и как кристаллы, которые они образуют, растут в процессе сушки.
Как и пигменты в чернилах для принтера, молекулы изначально содержатся в растворе.«Чтобы иметь возможность контролировать расположение компонентов, нам необходимо понять, что происходит на молекулярном уровне во время процесса сушки», — объясняет д-р Ева М. Херциг из Мюнхенской инженерной школы (MSE) в TUM. Разрешение таких небольших структур внутри высыхающей пленки с адекватным временным разрешением представляет собой экспериментальную задачу.
Рентгеновские лучи дают представление о процессеРаботая в сотрудничестве с Национальной лабораторией Лоуренса Беркли в США, Стефан Проллер, докторант MSE, использовал рентгеновские лучи, чтобы сделать молекулы и их процессы видимыми во время печати пластиковой пленки.
Он выделил различные фазы, которые разворачиваются во время высыхания пленки.Сначала растворитель испаряется, а другие материалы остаются в растворе. Это приводит к увеличению концентрации молекул пластика во влажной пленке до тех пор, пока донор электронов не начинает кристаллизоваться. В то же время акцептор электронов начинает образовывать агрегаты.
Далее следует быстрый процесс кристаллизации, сближающий агрегаты акцептора электронов. На этом этапе определяется расстояние между границами раздела двух материалов, которое тесно связано с эффективностью. Чтобы систематически улучшать солнечные элементы, этот этап процесса печати необходимо контролировать.
На последнем этапе происходят процессы оптимизации отдельных материалов, такие как оптимизация упаковки кристаллов.«Скорость производства также играет важную роль», — объясняет Проллер. Хотя этот рисунок сохраняется при более быстрых процессах сушки, агрегаты и кристаллы, образованные материалами, влияют на оставшуюся часть формирования структуры, так что более медленное формирование структуры оказывает более положительное влияние на конечную эффективность.Теперь исследователи хотели бы использовать свое понимание процессов, чтобы получить конкретный контроль над расположением материалов с использованием других параметров.
Эти результаты затем могут быть перенесены в промышленное производство и помогут его оптимизировать.