Органический солнечный элемент

Рис. 1. Схема пластиковых солнечных элементов. ПЭТ - полиэтилентерефталат , ITO - оксид индия и олова , PEDOT: PSS - поли (3,4-этилендиокситиофен) , активный слой (обычно полимер: смесь фуллеренов), Al - алюминий .

Органический солнечный элемент ( КА ^[1] ) или из пластика солнечных батарей является типом фотоэлектрического , который использует органические электроники , отрасль электроники , которая занимается проводящими органическими полимерами или небольшими органическими молекулами, ^[2] для поглощения света и переноса заряда для получения электричество от солнечного света за счет фотоэлектрического эффекта . Большинство органических фотоэлектрических элементов представляют собой полимерные солнечные элементы .

Органические фотоэлектрические системы производства компании Solarmer.

Молекулы, используемые в органических солнечных элементах, обрабатываются в растворе с высокой производительностью и дешевы, что приводит к низким производственным затратам для изготовления большого объема. ^{[3] В} сочетании с гибкостью органических молекул органические солнечные элементы потенциально экономически эффективны для фотоэлектрических приложений. Молекулярная инженерия (например , изменение длины и функциональная группы из полимеров ) может изменять ширину запрещенной зоны , что позволяет для электронной перестройки длины волны. Коэффициент оптического поглощенияорганических молекул является высоким, поэтому большое количество света может быть поглощено небольшим количеством материалов, обычно порядка сотен нанометров. Основными недостатками органических фотоэлектрических элементов являются низкая эффективность , низкая стабильность и низкая прочность по сравнению с неорганическими фотоэлектрическими элементами, такими как кремниевые солнечные элементы .

По сравнению с устройствами на основе кремния , полимерные солнечные элементы легкие (что важно для небольших автономных датчиков), потенциально одноразовые и недорогие в изготовлении (иногда с использованием печатной электроники ), гибкие, настраиваемые на молекулярном уровне и потенциально менее вредные для окружающей среды. Полимерные солнечные элементы также могут демонстрировать прозрачность, что позволяет использовать их в окнах, стенах, гибкой электронике и т. Д. Пример устройства показан на рис. 1. Недостатки полимерных солнечных элементов также серьезны: они предлагают около 1/3 эффективность твердых материалов, и испытывают значительную фотохимическую деградацию. ^[4]

Проблемы неэффективности и стабильности полимерных солнечных элементов ^{[5] в} сочетании с их обещанием низкой стоимости ^[6] и повышенной эффективности ^[7] сделали их популярной областью исследований солнечных элементов. По состоянию на 2015 год полимерные солнечные элементы смогли достичь эффективности более 10% за счет тандемной структуры. ^[8] В 2018 году благодаря тандемной структуре был достигнут рекордный КПД для органических фотоэлектрических элементов в 17,3%. ^[9]  

Физика [ править ]

Фотоэлемент - это специализированный полупроводниковый диод, который преобразует свет в электричество постоянного тока (DC). В зависимости от ширины запрещенной зоны светопоглощающего материала фотоэлектрические элементы также могут преобразовывать фотоны низкой энергии, инфракрасного (ИК) или высокоэнергетического ультрафиолета (УФ) в электричество постоянного тока. Общей характеристикой как небольших молекул, так и полимеров (рис. 2), используемых в качестве светопоглощающего материала в фотовольтаике, является то, что все они имеют большие сопряженные системы . Образуется сопряженная система, в которой атомы углерода ковалентносвязь с чередованием одинарных и двойных связей. Pz-орбитали этих углеводородов делокализованы и образуют делокализованную связывающую π-орбиталь с π * разрыхляющей орбиталью. Делокализованная π-орбиталь - это самая высокая занятая молекулярная орбиталь ( HOMO ), а π * -орбиталь - самая низкая незанятая молекулярная орбиталь ( LUMO ). В физике органических полупроводников HOMO играет роль валентной зоны, а LUMO служит зоной проводимости . Энергетическое разделение между уровнями HOMO и LUMO считается шириной запрещенной зоны органических электронных материалов и обычно находится в диапазоне 1–4 эВ . ^[10]

Весь свет с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны материала, может быть поглощен, хотя есть компромисс с уменьшением ширины запрещенной зоны, поскольку фотоны, поглощенные с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны, термически выделяют свою избыточную энергию, что приводит к более низким напряжениям. и эффективность преобразования энергии. Когда эти материалы поглощают фотон , создается возбужденное состояние, которое ограничивается молекулой или участком полимерной цепи. Возбужденное состояние можно рассматривать как экситон или электронно-дырочную пару, связанную вместе электростатическими связями.взаимодействия. В фотоэлектрических элементах экситоны разбиваются на свободные электронно-дырочные пары эффективными полями. Эффективные поля создаются путем создания гетероперехода между двумя разнородными материалами. В органических фотоэлектрических элементах эффективные поля разрушают экситоны, заставляя электрон падать из зоны проводимости поглотителя в зону проводимости молекулы акцептора. Необходимо, чтобы материал акцептора имел край зоны проводимости ниже, чем у материала поглотителя. ^{[11] [12] [13] [14]}

Полимерные солнечные батареи , как правило , состоят из электронно - дырочной или блокирующий слой поверх оксида индия - олова (ITO) проводящего стекла с последующим электронным донором и акцептором электронов (в случае объемных гетеропереходных солнечных элементов), отверстие или электронной блокировки слой и металлический электроднаверху. Природа и порядок блокирующих слоев, а также природа металлического электрода зависят от того, соответствует ли ячейка обычной или инвертированной архитектуре устройства. В перевернутой ячейке электрические заряды выходят из устройства в противоположном направлении, как в обычном устройстве, поскольку положительный и отрицательный электроды поменяны местами. В перевернутых элементах могут использоваться катоды из более подходящего материала; Инвертированные ОПВ имеют более длительный срок службы, чем ОПВ с регулярной структурой, и обычно показывают более высокую эффективность по сравнению с обычными аналогами. ^[15]

В полимерных солнечных элементах с объемным гетеропереходом свет генерирует экситоны. Последующее разделение зарядов на границе раздела между донором и акцептором электронов в активном слое устройства. Эти заряды затем переносятся на электроды устройства, где заряды выходят за пределы ячейки, выполняют работу и затем снова входят в устройство на противоположной стороне. Эффективность клетки ограничена несколькими факторами, особенно негеминальной рекомбинацией. Подвижность дырок приводит к более быстрой проводимости через активный слой. ^{[16] [17]}

Органические фотоэлектрические элементы состоят из электронодонорных и электроноакцепторных материалов, а не из полупроводниковых p-n-переходов . Молекулы, образующие электронодонорную область органических фотоэлементов , где генерируются экситонные электронно-дырочные пары, обычно представляют собой сопряженные полимеры, обладающие делокализованными π-электронами, которые возникают в результате углеродной p-орбитальной гибридизации. Эти π-электроны могут быть возбуждены светом в видимой части спектра или около нее от самой высокой занятой молекулярной орбитали молекулы (HOMO) до самой низкой незанятой молекулярной орбитали (LUMO), обозначенной π -π * переходом. Ширина запрещенной зоны между этими орбиталями определяет, какиедлина волны (а) света может быть поглощена .

В отличие от неорганического кристаллического материала фотоэлемента , с его зонной структурой и делокализованными электронами, экситоны в органических фотоэлектрических элементах прочно связаны с энергией от 0,1 до 1,4 эВ . Эта сильная связь возникает из-за того, что электронные волновые функции в органических молекулах более локализованы, и электростатическое притяжение может, таким образом, удерживать электрон и дырку вместе как экситон. Электрон и дырка могут быть диссоциированы, обеспечивая границу раздела, на которой химический потенциал электронов уменьшается. Материал, поглощающий фотон, является донором, а материал, приобретающий электрон, называется акцептором. На рис.3 полимерная цепь является донором, а фуллеренакцептор. Даже после диссоциации электрон и дырка все еще могут быть соединены как «близнецовая пара», и тогда для их разделения требуется электрическое поле . Электрон и дырка должны собираться на контактах. Если подвижность носителей заряда недостаточна, носители не достигнут контактов, а вместо этого рекомбинируют в местах захвата или остаются в устройстве в виде нежелательных пространственных зарядов, препятствующих потоку новых носителей. Последняя проблема может возникнуть, если подвижности электронов и дырок не совпадают. В этом случае фототок с ограничением объемного заряда (SCLP) снижает производительность устройства.

Органические фотоэлектрические элементы могут быть изготовлены из активного полимера и акцептора электронов на основе фуллерена. Освещение этой системы видимым светом приводит к переносу электрона от полимера к молекуле фуллерена. В результате на полимерной цепи происходит образование фотоиндуцированной квазичастицы или полярона (P ⁺ ), и фуллерен становится анион- радикалом ( C- 60). Поляроны очень подвижны и могут рассеиваться.

Типы перекрестков [ править ]

Простейшее органическое фотоэлектрическое устройство имеет плоский гетеропереход (рис. 1). Пленка из органического активного материала (полимера или небольшой молекулы) электронодонорного или электроноакцепторного типа помещается между контактами. Экситоны, созданные в активном материале, могут диффундировать до рекомбинации и разделения, дырка и электроны диффундируют к его специфическому собирающему электроду. Поскольку носители заряда имеют диффузионную длину всего 3–10 нм в типичных аморфных органических полупроводниках., плоские клетки должны быть тонкими, но тонкие клетки хуже поглощают свет. Объемные гетеропереходы (BHJ) устраняют этот недостаток. В BHJ смесь материалов донора и акцептора электронов отливается в виде смеси, которая затем разделяется на фазы. Области каждого материала в устройстве разделены всего на несколько нанометров, расстояние, подходящее для диффузии носителей. BHJs требуют чувствительного контроля над морфологией материалов в наномасштабе. Важные переменные включают материалы, растворители и весовое соотношение донор-акцептор.

Следующим логическим шагом после BHJ являются упорядоченные наноматериалы для солнечных батарей или упорядоченные гетеропереходы (OHJ). OHJ сводят к минимуму вариативность, связанную с BHJ. OHJ обычно представляют собой гибриды упорядоченных неорганических материалов и органических активных областей. Например, фотоэлектрический полимер может быть нанесен на поры керамики, такой как TiO 2 . Поскольку отверстия по-прежнему должны обеспечивать диффузию поры через полимер до контакта, OHJ страдают аналогичными ограничениями по толщине. Устранение узких мест, связанных с мобильностью отверстий, является ключом к дальнейшему повышению производительности устройств OHJ.

Один слой [ править ]

Однослойные органические фотоэлектрические элементы - самая простая форма. Эти элементы изготавливаются путем размещения слоя органических электронных материалов между двумя металлическими проводниками, как правило, слоя оксида индия и олова (ITO) с высокой работой выхода и слоя металла с низкой работой выхода, такого как алюминий, магний или кальций. Базовая структура такой ячейки представлена ​​на рис.3.

Разница работы выхода между двумя проводниками создает электрическое поле в органическом слое. Когда органический слой поглощает свет, электроны возбуждаются в НСМО и оставляют дырки в ВЗМО, тем самым образуя экситоны . Потенциал, создаваемый различными функциями выхода, помогает разделить пары экситонов, притягивая электроны к положительному электроду (электрический проводник, используемый для контакта с неметаллической частью цепи) и отверстия к отрицательному электроду. ^{[11] [12] [13]}

Примеры [ править ]

В 1958 году было обнаружено, что фотоэлектрический эффект или создание напряжения в элементе на основе фталоцианина магния (MgPc) - макроциклического соединения, имеющего кольцевую структуру чередующихся атомов азота и углерода, - имеет фотоэдс 200 мВ. ^[18] Элемент Al / MgPc / Ag получил фотоэлектрическую эффективность 0,01% при освещении на длине волны 690 нм. ^[19]

Конъюгированные полимеры также использовались в фотоэлектрических элементах этого типа. В одном устройстве в качестве органического слоя использовался полиацетилен (рис. 1) с Al и графитом , что давало напряжение холостого хода 0,3 В и эффективность сбора заряда 0,3%. ^[20] Элемент Al / поли (3-нетил-тиофен) / Pt имел внешний квантовый выход 0,17%, напряжение холостого хода 0,4 В и коэффициент заполнения 0,3. ^[21] Элемент ITO / PPV / Al показал напряжение холостого хода 1 В и эффективность преобразования мощности 0,1% при освещении белым светом. ^[22]

Проблемы [ править ]

Однослойные органические солнечные элементы не работают. Они обладают низкой квантовой эффективностью (<1%) и низкой эффективностью преобразования мощности (<0,1%). Их основная проблема заключается в том, что электрическое поле, возникающее из-за разницы между двумя проводящими электродами, редко бывает достаточным для разделения экситонов. Часто электроны рекомбинируют с дырками, не достигая электрода.

Двухслойный [ править ]

Двухслойные ячейки содержат два слоя между проводящими электродами (рис. 4). Два слоя имеют разное сродство к электрону и энергию ионизации , поэтому на границе раздела между двумя слоями возникают электростатические силы. Свет должен создавать экситоны в этой небольшой заряженной области для эффективного разделения и сбора заряда. Материалы выбраны так, чтобы различия были достаточно большими, чтобы эти локальные электрические поля были сильными, что расщепляет экситоны намного эффективнее, чем однослойные фотоэлектрические элементы. Слой с более высоким сродством к электрону и потенциалом ионизации является акцептором электронов, а другой слой - донором электронов. Эта структура также называется планарным донорно-акцепторным гетеропереходом . ^{[11][12] [13] [14]}

Примеры [ править ]

C 60 имеет высокое сродство к электрону, что делает его хорошим акцептором. Двухслойная ячейка AC ₆₀ / MEH-PPV имела относительно высокий коэффициент заполнения 0,48 и эффективность преобразования мощности 0,04% при монохроматическом освещении. ^[23] Ячейки PPV / C ₆₀ показали монохроматическую внешнюю квантовую эффективность 9%, эффективность преобразования энергии 1% и коэффициент заполнения 0,48. ^[24]

Производные перилена проявляют высокое сродство к электрону и химическую стабильность. Слой фталоцианина меди (CuPc) в качестве донора электронов и производного перилена тетракарбоновой кислоты в качестве акцептора электронов, позволяющий изготовить ячейку с коэффициентом заполнения до 0,65 и эффективностью преобразования мощности 1% при моделированном освещении AM2. ^[25] Halls et al. изготовили ячейку со слоем бис (фенэтилимидо) перилена поверх слоя PPV в качестве донора электронов. Эта ячейка имела пиковую внешнюю квантовую эффективность 6% и эффективность преобразования мощности 1% при монохроматическом освещении и коэффициент заполнения до 0,6. ^[26]

Проблемы [ править ]

Длина диффузии экситонов в органических электронных материалах обычно составляет порядка 10 нм. Чтобы большинство экситонов диффундировало к границе раздела слоев и расщеплялось на носители, толщина слоя должна быть в том же диапазоне, что и длина диффузии. Однако полимерный слой обычно требует толщины не менее 100 нм для поглощения достаточного количества света. При такой большой толщине только небольшая часть экситонов может достичь границы гетероперехода.

Дискретный гетеропереход [ править ]

Трехслойная (два акцептора и один донор) стопка без фуллерена позволила достичь эффективности преобразования 8,4%. В результате были получены высокие напряжения холостого хода и поглощение в видимой области спектра, а также высокие токи короткого замыкания. Квантовая эффективность была выше 75% в диапазоне длин волн от 400 до 720 нм при напряжении холостого хода около 1 В. ^[27]

Объемный гетеропереход [ править ]

Объемные гетеропереходы имеют поглощающий слой, состоящий из наноразмерной смеси донорных и акцепторных материалов. Размеры доменов этой смеси составляют порядка нанометров, что позволяет экситонам с коротким временем жизни достигать границы раздела и диссоциировать из-за большой площади поверхности раздела донор-акцептор. ^[28]Однако эффективные объемные гетеропереходы должны поддерживать достаточно большие размеры доменов для формирования перколяционной сети, которая позволяет материалам-донорам достигать электрода, транспортирующего дырки (электрод 1 на рис. 5), а материалам акцептора - электроду, транспортирующему электроны (электрод 2). . Без этой перколяционной сети заряды могут быть захвачены в домене, обогащенном донорами или акцепторами, и подвергаться рекомбинации. Объемные гетеропереходы имеют преимущество перед слоистыми фотоактивными структурами, поскольку они могут быть сделаны достаточно толстыми для эффективного поглощения фотонов без сложной обработки, связанной с ориентацией слоистой структуры, при сохранении аналогичного уровня характеристик.

Объемные гетеропереходы чаще всего создаются путем формирования раствора, содержащего два компонента, литья (например, литье по капле и центрифугирования ) и последующего разделения двух фаз, обычно с помощью стадии отжига. Два компонента будут самостоятельно собираться во взаимопроникающую сеть, соединяющую два электрода. ^[29] Обычно они состоят из донора на основе сопряженной молекулы и акцептора на основе фуллерена . Наноструктурную морфологию объемных гетеропереходов трудно контролировать, но она имеет решающее значение для фотоэлектрических характеристик.

После захвата фотона электроны перемещаются к акцепторным доменам, затем проходят через устройство и собираются одним электродом, а дырки перемещаются в противоположном направлении и собираются на другой стороне. Если диспергирование двух материалов слишком тонкое, это приведет к плохой передаче заряда через слой. ^{[12] [13] [18] [30]}

Большинство ячеек с объемным гетеропереходом используют два компонента, хотя исследовались трехкомпонентные ячейки. Третий компонент, вторичный полимер-донор p-типа, поглощает свет в другой области солнечного спектра. Теоретически это увеличивает количество поглощенного света. Эти тройные ячейки работают через один из трех различных механизмов: передача заряда, передача энергии или параллельное соединение.

При передаче заряда оба донора вносят непосредственный вклад в создание свободных носителей заряда. Отверстия проходят только через один донорный домен до сбора на аноде. При передаче энергии только один донор способствует образованию дырок. Второй донор действует исключительно для поглощения света, передавая дополнительную энергию первому донорскому материалу. При параллельном связывании оба донора независимо производят экситоны, которые затем мигрируют к своим соответствующим интерфейсам донор / акцептор и диссоциируют. ^[31]

Примеры [ править ]

Фуллерены, такие как C ₆₀ и его производные, используются в качестве материалов акцептора электронов в объемных фотоэлектрических элементах с гетеропереходом. Ячейка со смесью MEH-PPV и метано-функционализированного производного C ₆₀ в качестве гетероперехода, ITO и Ca в качестве электродов ^[32] показала квантовую эффективность 29% и эффективность преобразования мощности 2,9% при монохроматическом освещении. Замена MEH-PPV на P3HT дала квантовый выход 45% при обратном смещении 10 В. ^{[33] [34]} Дальнейшие успехи в модификации акцептора электронов привели к созданию устройства с эффективностью преобразования энергии 10,61% со смесью PC ₇₁BM в качестве акцептора электронов и PTB7-Th в качестве донора электронов. ^[35]

Смеси полимер / полимер также используются в фотоэлектрических элементах с дисперсными гетеропереходами. Смесь CN-PPV и MEH-PPV с Al и ITO в качестве электродов дала пиковую эффективность преобразования монохроматической мощности 1% и коэффициент заполнения 0,38. ^{[36] [37]}

Сенсибилизированные красителем фотоэлектрические элементы также могут считаться важными примерами этого типа.

вопросы

Фуллерены, такие как PC ₇₁ BM, часто являются материалами-акцепторами электронов, используемыми в высокоэффективных объемных солнечных элементах с гетеропереходом. Однако эти материалы-акцепторы электронов очень слабо поглощают видимый свет, уменьшая объемную долю, занимаемую сильно поглощающим материалом-донором электронов. Кроме того, фуллерены имеют плохую электронную перестраиваемость, что приводит к ограничениям на разработку сопряженных систем с более привлекательными электронными структурами для более высоких напряжений. Недавно были проведены исследования по замене этих фуллеренов органическими молекулами, которые можно настраивать электронным способом и вносить вклад в поглощение света. ^[38]

Градиентный гетеропереход [ править ]

Донор и акцептор электронов смешиваются таким образом, чтобы градиент был постепенным. Эта архитектура сочетает в себе короткое расстояние перемещения электронов в дисперсном гетеропереходе с преимуществом градиента заряда двухслойной технологии. ^{[39] [40]}

Примеры [ править ]

Ячейка со смесью CuPc и C ₆₀ показала квантовую эффективность 50% и эффективность преобразования энергии 2,1% при 100 мВт / см ² смоделированного солнечного освещения AM1.5G для ступенчатого гетероперехода. ^[41]

Непрерывное соединение [ править ]

Подобно градиентному гетеропереходу, концепция непрерывного перехода направлена ​​на реализацию постепенного перехода от донора электронов к акцептору электронов. Однако акцепторный материал получают непосредственно из донорного полимера на стадии модификации после полимеризации. ^[42]

Производство [ править ]

Поскольку его активный слой во многом определяет эффективность устройства, морфологии этого компонента уделялось большое внимание. ^[43]

Если один материал более растворим в растворителе, чем другой, он сначала откладывается на поверхности подложки , вызывая градиент концентрации через пленку. Это было продемонстрировано для поли-3-гексил - тиофена (P3HT), фенил-С ₆₁ метиловый эфир масл ной кислоты ( PCBM ) устройств , где PCBM имеет тенденцию к накоплению в сторону нижней части устройства при спиновом покрытии из ОДХБ растворов. ^[44]Этот эффект виден потому, что более растворимый компонент имеет тенденцию мигрировать в сторону «богатой растворителем» фазы во время процедуры нанесения покрытия, накапливая более растворимый компонент к нижней части пленки, где растворитель остается дольше. Толщина образующейся пленки влияет на сегрегацию фаз, потому что динамика кристаллизации и осаждения различна для более концентрированных растворов или более высоких скоростей испарения (необходимых для создания более толстых устройств). Обогащение кристаллическим P3HT ближе к собирающему дырку электроду может быть достигнуто только для относительно тонких (100 нм) слоев P3HT / PCBM. ^[45]

Затем градиенты исходной морфологии в основном создаются скоростью испарения растворителя и различиями в растворимости донора и акцептора внутри смеси. Эта зависимость от растворимости была четко продемонстрирована с использованием производных фуллерена и P3HT. ^[46] При использовании растворителей, которые испаряются с меньшей скоростью (например, хлорбензола (CB) или дихлорбензола (DCB)), вы можете получить большую степень вертикального разделения или агрегации, в то время как растворители, которые испаряются быстрее, производят гораздо менее эффективное вертикальное разделение. Большие градиенты растворимости должны привести к более эффективному вертикальному разделению, тогда как меньшие градиенты должны привести к более однородным пленкам. Эти два эффекта были подтверждены на солнечных элементах P3HT: PCBM. ^[47][48]

Также изучались скорость испарения растворителя, а также последующие процедуры паров растворителя или термического отжига. ^[49] Такие смеси, как P3HT: PCBM, похоже, выигрывают от процедур термического отжига, в то время как другие, такие как PTB7: PCBM, похоже, не показывают никаких преимуществ. ^[50] В P3HT преимущество, по-видимому, происходит от увеличения кристалличности фазы P3HT, которая генерируется за счет вытеснения молекул PCBM из этих доменов. Это было продемонстрировано исследованиями смешиваемости PCBM в P3HT, а также изменений состава доменов в зависимости от времени отжига. ^{[51] [52] [53]}

Вышеупомянутая гипотеза, основанная на смешиваемости, не полностью объясняет эффективность устройств, поскольку исключительно чистые аморфные фазы донорных или акцепторных материалов никогда не существуют в объемных устройствах с гетеропереходом. В статье 2010 года ^{[54] было} высказано предположение, что современные модели, которые предполагают чистые фазы и дискретные границы раздела, могут потерпеть неудачу при отсутствии чисто аморфных областей. Поскольку текущие модели предполагают разделение фаз на границах раздела без учета чистоты фазы, возможно, потребуется изменить модели.

Процедура термического отжига зависит от того, когда именно она применяется. Поскольку вертикальная миграция частиц частично определяется поверхностным натяжением между активным слоем и воздухом или другим слоем, отжиг до или после нанесения дополнительных слоев (чаще всего металлического катода) влияет на результат. В случае солнечных элементов P3HT: PCBM вертикальная миграция улучшается, когда элементы отжигаются после нанесения металлического катода.

Накопление доноров или акцепторов рядом с соседними слоями может быть полезным, поскольку эти скопления могут привести к эффектам блокировки дырок или электронов, что может улучшить производительность устройства. В 2009 году было показано, что разница в вертикальном распределении солнечных элементов P3HT: PCBM вызывает проблемы с подвижностью электронов, что в конечном итоге приводит к очень низкой эффективности устройства. ^[55] Простые изменения в архитектуре устройства - нанесение методом центрифугирования тонкого слоя PCBM поверх P3HT - значительно улучшают воспроизводимость ячеек, обеспечивая воспроизводимое вертикальное разделение между компонентами устройства. Поскольку для повышения эффективности требуется более высокий контакт между PCBM и катодом, это в значительной степени увеличивает воспроизводимость устройства.

Согласно анализу рассеяния нейтронов, смеси P3HT: PCBM были описаны как «реки» (регионы P3HT), прерванные «потоками» (регионы PCBM). ^[56]

Эффекты растворителя [ править ]

Условия нанесения покрытия центрифугированием и испарения влияют на эффективность устройства. ^{[57] [58]} Растворитель и добавки влияют на донорно-акцепторную морфологию. ^[59] Добавки замедляют испарение, что приводит к образованию более кристаллических полимеров и, таким образом, улучшает проводимость дырок и эффективность. Типичные добавки включают 1,8-октандитиол, ортодихлорбензол , 1,8-дииодоктан (DIO) и нитробензол . ^{[47] [60] [61] [62]} Эффект DIO был приписан избирательной солюбилизации компонентов PCBM, фундаментально изменяет среднее расстояние прыжка электронов и, таким образом, улучшает подвижность электронов. ^[63]Добавки также могут значительно повысить эффективность полимеров. ^[64] Для солнечных элементов HXS-1 / PCBM эффект коррелировал с генерацией заряда, переносом и стабильностью при хранении. ^[65] Другие полимеры, такие как PTTBO, также значительно выигрывают от DIO, достигая значений PCE более 5% с примерно 3,7% без добавки.

Полимерные солнечные элементы, изготовленные из хлорнафталина (CN) в качестве сорастворителя, обладают более высокой эффективностью, чем батареи, изготовленные из более обычного раствора чистого хлорбензола. Это связано с тем, что морфология донора-акцептора изменяется, что уменьшает разделение фаз между полимером-донором и фуллереном. В результате это приводит к высокой подвижности дырок. Без сорастворителей образуются большие домены фуллерена, снижая фотоэлектрические характеристики элемента из-за агрегации полимера в растворе. Эта морфология возникает из-за разделения фаз жидкость-жидкость во время сушки; Испарение раствора заставляет смесь попадать в спинодальную область, в которой происходят значительные тепловые флуктуации. Большие домены препятствуют эффективному сбору электронов (уменьшая PCE). ^[66]

Небольшие различия в структуре полимера также могут привести к значительным изменениям в упаковке кристаллов, что неизбежно повлияет на морфологию устройства. PCPDTBT отличается от PSBTBT из-за разницы в мостиковом атоме между двумя полимерами (C против Si), что означает, что лучшая морфология достижима с PCPDTBT: солнечные элементы PCBM, содержащие добавки, в отличие от системы Si, которая достигает хороших морфологий без помощи дополнительные вещества. ^[67]

Самостоятельно собранные ячейки [ править ]

Супрамолекулярная химия была исследована с использованием донорных и акцепторных молекул, которые собираются при центрифугировании и нагревании. Большинство супрамолекулярных ансамблей используют небольшие молекулы. ^{[68] [69]} Донорные и акцепторные домены в трубчатой ​​структуре идеально подходят для органических солнечных батарей. ^[70]

Диблок-полимеры, содержащие фуллерен, дают стабильные органические солнечные элементы при термическом отжиге. ^[71] Солнечные элементы с заранее спроектированной морфологией возникли в результате введения соответствующих супрамолекулярных взаимодействий. ^[72]

Прогресс в области BCP, содержащих производные политиофена , дает солнечные элементы, которые собираются в четко определенные сети. ^[73] Эта система показывает PCE 2,04%. Водородная связь определяет морфологию.

Эффективность устройств на основе сополимерных подходов еще предстоит преодолеть барьер в 2%, тогда как устройства с объемным гетеропереходом демонстрируют эффективность> 7% в конфигурациях с одним переходом. ^[74]

Блок-сополимеры стержень-спираль с привитым фуллереном были использованы для изучения доменной организации. ^[75]

Супрамолекулярные подходы к органическим солнечным элементам обеспечивают понимание макромолекулярных сил, которые вызывают разделение доменов.

Прозрачные полимерные ячейки [ править ]

Прозрачные или полупрозрачные PSC позволяют поглощать фотоны с низкой или высокой энергией за пределами видимого спектра, тем самым оптимизируя возможности использования солнечного света и охватывая более широкий спектр поглощения. ^{[76] [77]} Эти типы PSC идеально подходят для захвата фотонов в ближнем инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне из-за его низкой собственной чувствительности к фотонам в видимом спектре. В типичных PSC используются непрозрачные металлические электроды, которые ограничивают его прозрачность и, следовательно, его характеристики. ^[76] Абсорбирующий слой PSC по своей сути полупрозрачен. ^[78]Таким образом, одним из подходов к достижению видимой прозрачности PSC является изменение верхнего электрода, чтобы сделать его более прозрачным. Такие материалы, как ITO, ультратонкие металлы, металлические сетки, графен и углеродные нанотрубки, были использованы для изготовления полупрозрачных верхних электродов. ^{[79] [80]} Тем не менее, эффективность прозрачных PSC была недостаточной по сравнению с их непрозрачными электродными аналогами PSC. ^[81] Когда верхний электрод сделан прозрачным, способность ячейки улавливать электромагнитное поле в слое поглотителя уменьшается, что приводит к низкому PCE. В настоящее время проводится обширное исследование для улучшения PCE таких клеток. ^[79]Эти типы PSC применяются во встроенных в здания фотоэлектрических элементах, тандемных устройствах и портативной электронике. ^{[76] [80] [81]}

Инфракрасные полимерные ячейки [ править ]

Инфракрасные клетки предпочтительно поглощают инфракрасный свет.диапазон, а не видимые длины волн. В исследовании 2010 года были разработаны инфракрасные прозрачные PSC с верхним электродом из пленки CNT на задней стороне и слоем стекла ITO на передней стороне, обеспечивающим оптическое пропускание с обеих сторон ячейки. Слой ZnO был помещен поверх ITO со слоем P3HT: PCBM, добавленным к ZnO, таким образом создавая ячейку ITO / ZnO / P3HT: PCBM / CNT (снизу вверх). Было обнаружено, что как верхний электрод из УНТ, так и нижний электрод из ITO показали 80% пропускание в спектрах от 500 нм до 2,5 мкм. Сама ячейка имела оптическое пропускание 80% в диапазоне от 670 нм до 1,2 мкм, 60% в диапазоне от 1,2 мкм до 2,5 мкм. И наоборот, контрольная ячейка с верхним электродом из серебра не привела к пропусканию в пределах этих спектров. Кроме того,ячейка имела относительный коэффициент пропускания в видимой области из-за высокого поглощения видимого света слоем P3HT: PCBM. Такие ячейки могут применяться в тандемных устройствах и вертикальной сборке PSC.^[76]

По состоянию на 2012 год инфракрасные элементы были почти на 70% прозрачными для видимого света. Предполагается, что клетки можно производить в больших объемах с низкими затратами, используя обработку раствора. В элементах в качестве верхнего электрода используются композитные пленки из нанопроволоки серебра / диоксида титана , которые заменяют обычные непрозрачные металлические электроды. Благодаря этой комбинации была достигнута эффективность преобразования мощности 4%. ^[82]

В 2014 году были изготовлены полимерные солнечные элементы ближнего инфракрасного диапазона на основе сополимера нафтодитиофендиимида и битиофена (PNDTI-BT-DT) в сочетании с PTB7 в качестве донора электронов. И PNDTI-BT-DT, и PTB7 образуют кристаллическую структуру в смешанных пленках, аналогичную исходным пленкам, что приводит к эффективному генерированию заряда, вносимого обоими полимерами. ^[83]

Много исследований было сосредоточено на разработке прозрачного верхнего электрода для PSC. Однако в исследовании 2017 года изучалась оптимизация активного слоя полупрозрачных PSC. Исследователи предложили полупрозрачный PSC с повышенной эффективностью, в котором используются как донор полимера с узкой запрещенной зоной, PTB7-Th, так и акцептор нефуллерена IHIC. Результаты этого исследования показали, что предлагаемый PSC демонстрирует высокий коэффициент пропускания и поглощения в инфракрасном спектре, но низкий уровень поглощения в видимом спектре. Эта ячейка оказалась относительно стабильной и имела максимальное значение PCE 9,77%, что по состоянию на 2017 год является самым высоким зарегистрированным значением PCE. ^[84]

Типичное поведение тока в напряжение и эффективность преобразования мощности [ править ]

Органические фотоэлектрические элементы, аналогичные неорганическим фотоэлектрическим элементам, обычно характеризуются с помощью вольт-амперного анализа. ^[85] Этот анализ предоставляет несколько значений показателей устройства, которые используются для понимания производительности устройства. Одним из наиболее важных показателей является эффективность преобразования энергии (PCE).

PCE (η) пропорционален произведению тока короткого замыкания (J _SC ), напряжения холостого хода (V _OC ) и коэффициента заполнения (FF), которые можно определить по вольт-амперной кривой.

${\ displaystyle \ eta = {\ frac {V _ {\ text {OC}} \ times J _ {\ text {SC}} \ times FF} {P _ {\ text {in}}}}}$

Где P _in - падающая солнечная энергия.

Ток короткого замыкания (JSC), представляет собой максимальное значение генерации фототока. ^[86] Это соответствует значению точки пересечения оси Y стандартной вольт-амперной кривой, на которой ток откладывается по оси y, а напряжение - по оси x. В органических солнечных элементах на ток короткого замыкания могут влиять различные материальные факторы. К ним относятся подвижность носителей заряда, профиль оптического поглощения и общие энергетические движущие силы, которые приводят к более эффективному извлечению носителей заряда ^[86]

Напряжение разомкнутой цепи (VOC) является напряжение , когда нет тока , протекающего через устройство. ^[86] Это соответствует точке пересечения по оси X на вольт-амперной кривой. В органических фотоэлектрических устройствах с объемным гетеропереходом это значение сильно зависит от уровней энергии HOMO и LUMO и работы выхода для материалов активного слоя ^[86]

Поскольку мощность является произведением напряжения и тока, точка максимальной мощности возникает, когда произведение между напряжением и током максимально.

Фактор заполнения FF можно рассматривать как «прямоугольность» кривой текущего напряжения. ^[85] Это частное из максимального значения мощности и произведения напряжения холостого хода и тока короткого замыкания. ^[85] Это показано на изображении выше как отношение площади желтого прямоугольника к большему синему прямоугольнику. Для органических фотоэлектрических элементов этот коэффициент заполнения по существу является мерой того, насколько эффективно генерируемые заряды извлекаются из устройства. ^[86] Это можно рассматривать как «соревнование» между зарядами, переносящимися через устройство, и зарядами, которые рекомбинируют. ^[86]

Основной проблемой, связанной с полимерными солнечными элементами, является низкая эффективность преобразования энергии (PCE) изготовленных элементов. Чтобы считаться коммерчески жизнеспособными, PSC должны быть способны достичь эффективности не менее 10–15% ^[87] - это уже намного ниже, чем у неорганических PV. Однако из-за низкой стоимости полимерных солнечных элементов эффективность 10–15% является коммерчески жизнеспособной.

Недавние достижения в области характеристик полимерных солнечных элементов стали результатом сжатия запрещенной зоны для увеличения тока короткого замыкания при одновременном снижении самой высокой занимаемой молекулярной орбитали (HOMO) для увеличения напряжения холостого хода. Однако PSC все еще страдают от низкого коэффициента заполнения (обычно ниже 70%). Однако по состоянию на 2013 год исследователи смогли изготовить PSC с коэффициентом заполнения более 75%. Ученые смогли добиться этого с помощью перевернутого BHJ и с помощью нетрадиционных комбинаций донор / акцептор. ^[88]

Коммерциализация [ править ]

Полимерным солнечным элементам еще предстоит коммерчески конкурировать с кремниевыми солнечными элементами и другими тонкопленочными элементами . Текущая эффективность полимерных солнечных элементов составляет около 10%, что значительно ниже кремниевых элементов. Полимерные солнечные элементы также страдают от ухудшения состояния окружающей среды из-за отсутствия эффективных защитных покрытий .

Дальнейшее улучшение характеристик необходимо для содействия диффузии носителей заряда; транспорт должен быть улучшен за счет контроля порядка и морфологии; и разработка интерфейсов должна применяться к проблеме передачи заряда через интерфейсы.

Ведутся исследования по использованию тандемной архитектуры для увеличения эффективности полимерных солнечных элементов. Ожидается, что, подобно неорганической тандемной архитектуре, органическая тандемная архитектура повысит эффективность. По сравнению с однопереходным устройством, использующим материалы с малой шириной запрещенной зоны, тандемная структура может снизить потери тепла во время преобразования фотонов в электроны. ^[8]

Полимерные солнечные элементы не имеют широкого промышленного производства. С 2008 года компания Konarka Technologies начала производство полимерно-фуллереновых солнечных элементов. ^[90] Первоначальные модули были эффективны на 3-5% и прослужили всего несколько лет. Konarka с тех пор объявила о банкротстве, поскольку эти полимерные солнечные элементы не смогли проникнуть на рынок фотоэлектрических систем.

PSC также по-прежнему страдают от низкого коэффициента заполнения (обычно ниже 70%). Однако по состоянию на 2013 год исследователи смогли изготовить PSC с коэффициентом заполнения более 75%. Ученые смогли добиться этого с помощью перевернутого BHJ и с помощью нетрадиционных комбинаций донор / акцептор. ^[88]

Тем не менее, предпринимаются усилия по расширению производства полимерных солнечных элементов, чтобы снизить затраты, а также отстаивать практический подход к производству PSC. Такие усилия включают полную обработку раствора с рулона на рулон. Однако обработка раствора с рулона на рулон не подходит для производства электроэнергии в сети из-за короткого срока службы полимерных солнечных элементов. Таким образом, коммерческое применение полимерных солнечных элементов по-прежнему включает в себя в первую очередь бытовую электронику и бытовую технику. ^[91]

Моделирование органических солнечных батарей [ править ]

Как обсуждалось выше, органические полупроводники представляют собой сильно разупорядоченные материалы без дальнего порядка. Это означает, что границы зоны проводимости и валентной зоны определены нечетко. Кроме того, этот физический и энергетический беспорядок порождает состояния ловушек, в которых фотогенерированные электроны и дырки могут захватываться, а затем в конечном итоге рекомбинировать.

Ключом к точному описанию органических солнечных элементов в модели устройства является включение захвата носителей и рекомбинации через состояния ловушки. Обычно используемый подход заключается в использовании модели эффективной среды, в которой стандартные уравнения дрейфовой диффузии используются для описания переноса через устройство. Затем вводится экспоненциальный хвост состояний ловушки, который затухает в запрещенную зону от краев подвижности. ^[92] Для описания захвата / выхода из этих состояний ловушки можно использовать метод Шокли – Рида – Холла (SRH) . Было показано, что механизм Шокли-Рида-Холла способен воспроизводить поведение устройства полимер: фуллерен как во временной области, так и в стационарном состоянии. ^[92]

Текущие проблемы и недавний прогресс [ править ]

Трудности, связанные с органическими фотоэлектрическими элементами, включают их низкую внешнюю квантовую эффективность (до 70%) ^[93] по сравнению с неорганическими фотоэлектрическими устройствами, несмотря на хорошую внутреннюю квантовую эффективность; это происходит из-за недостаточного поглощения активными слоями порядка 100 нанометров. Неустойчивость к окислению и восстановлению, перекристаллизации и колебаниям температуры также может привести к деградации устройства и снижению производительности с течением времени. Это происходит в разной степени для устройств с разным составом, и в этой области ведутся активные исследования. ^[94]

Другие важные факторы включают длину диффузии экситона, разделение зарядов и сбор заряда, на которые влияет присутствие примесей.

Мобильность носителей заряда и транспорт [ править ]

Понимание транспорта носителей заряда жизненно важно для повышения эффективности органических фотоэлектрических элементов, особенно для солнечных элементов с объемным гетеропереходом. В настоящее время устройства с объемным гетеропереходом имеют несбалансированную подвижность носителей заряда, при этом подвижность дырок по крайней мере на порядок ниже подвижности электронов; это приводит к накоплению объемного заряда и снижению коэффициента заполнения и эффективности преобразования энергии устройства. ^[95]Из-за низкой подвижности эффективные фотоэлектрические элементы с объемным гетеропереходом должны быть разработаны с тонкими активными слоями, чтобы избежать рекомбинации носителей заряда, что отрицательно сказывается на поглощении и масштабируемости при обработке. Моделирование продемонстрировало, что для получения солнечного элемента с объемным гетеропереходом с коэффициентом заполнения выше 0,8 и внешней квантовой эффективностью выше 90% требуется сбалансированная подвижность носителей заряда для уменьшения эффекта пространственного заряда, а также увеличение носителей заряда. подвижность и / или уменьшение константы скорости бимолекулярной рекомбинации . ^[96]

Влияние морфологии пленки [ править ]

Как описано выше, дисперсные гетеропереходыдонорно-акцепторных органических материалов имеют высокую квантовую эффективность по сравнению с планарным гетеропереходом, потому что в дисперсных гетеропереходах экситон с большей вероятностью найдет границу раздела в пределах своей диффузионной длины. Морфология пленки также может сильно повлиять на квантовую эффективность устройства. Шероховатая поверхность и наличие пустот могут увеличить последовательное сопротивление, а также увеличить вероятность короткого замыкания. Морфология пленки и, как следствие, квантовая эффективность могут быть улучшены путем отжига устройства после покрытия его металлическим катодом толщиной ~ 1000 A. Металлическая пленка поверх органической пленки оказывает давление на органическую пленку, что помогает предотвратить морфологическую релаксацию в органической пленке.Это дает более плотно упакованные пленки и в то же время позволяет сформировать разделенную фазу взаимопроникающую донорно-акцепторную границу внутри объема тонкой органической пленки.^[97]

Гетеропереход контролируемого роста [ править ]

Разделение заряда происходит на границе донор-акцептор. При перемещении к электроду заряд может захватываться и / или рекомбинировать в неупорядоченном взаимопроникающем органическом материале, что приводит к снижению эффективности устройства. Контролируемый рост гетероперехода обеспечивает лучший контроль над положением донорно-акцепторных материалов, что приводит к гораздо большей энергоэффективности (отношение выходной мощности к входной), чем у плоских и сильно дезориентированных гетеропереходов (как показано на рис. 5). Таким образом, очень желателен выбор подходящих параметров обработки для лучшего контроля структуры и морфологии пленки. ^[31]

Прогресс в методах роста [ править ]

В основном органические пленки для фотоэлектрических применений осаждают методом центрифугирования и осаждения из паровой фазы. Однако каждый метод имеет определенные недостатки: метод центрифугирования может покрывать большие площади поверхности с высокой скоростью, но использование растворителя для одного слоя может разрушить уже существующий полимерный слой. Другая проблема связана с формированием рисунка на подложке для устройства, поскольку центрифугирование приводит к покрытию всей подложки одним материалом.

Вакуумное термическое испарение [ править ]

Другой метод осаждения - это вакуумное термическое испарение (VTE), которое включает нагрев органического материала в вакууме. Подложка размещается на расстоянии нескольких сантиметров от источника, чтобы испарившийся материал мог быть непосредственно нанесен на подложку, как показано на рис. 6 (а). Этот метод полезен для нанесения множества слоев из разных материалов без химического взаимодействия между разными слоями. Однако иногда возникают проблемы с однородностью толщины пленки и однородным легированием на подложках большой площади. Кроме того, материалы, которые откладываются на стенке камеры, могут загрязнять последующие отложения. Эта техника «прямой видимости» также может создавать отверстия в пленке из-за затенения, что вызывает увеличение последовательного сопротивления устройства и короткое замыкание. ^[98]

Отложение органической паровой фазы [ править ]

Органическое парофазное осаждение (OVPD, рис. 6 (b)) позволяет лучше контролировать структуру и морфологию пленки, чем вакуумное термическое испарение. Процесс включает испарение органического материала над подложкой в ​​присутствии инертного газа-носителя. Полученную морфологию пленки можно настроить, изменив расход газа и температуру источника. Однородные пленки можно вырастить, уменьшив давление газа-носителя, что увеличит скорость и длину свободного пробега газа, и в результате толщина пограничного слоя уменьшится. Клетки, произведенные с помощью OVPD, не имеют проблем, связанных с загрязнением хлопьями, выходящими из стенок камеры, поскольку стенки теплые и не позволяют молекулам прилипать к ним и образовывать на них пленку.

Еще одно преимущество перед VTE - равномерность скорости испарения. Это происходит потому, что газ-носитель насыщается парами органического материала, выходящими из источника, а затем движется к охлаждаемой подложке, рис. 6 (b). В зависимости от параметров роста (температура источника, базовое давление и поток газа-носителя) осажденная пленка может иметь кристаллическую или аморфную природу. Устройства, изготовленные с использованием OVPD, показывают более высокую плотность тока короткого замыкания, чем устройства, изготовленные с использованием VTE. Дополнительный слой донорно-акцепторного гетероперехода в верхней части ячейки может блокировать экситоны, одновременно обеспечивая проводимость электронов; в результате повышается эффективность ячейки. ^[98]

Органические солнечные чернила [ править ]

Органические солнечные чернила способны обеспечить более высокую производительность в условиях флуоресцентного освещения по сравнению с солнечными элементами из аморфного кремния и, как утверждается, имеют на 30-40% больше удельной мощности внутри помещения по сравнению со стандартной органической солнечной технологией. ^[99]

Световая ловушка [ править ]

Различные типы компонентов применяются для увеличения эффектов захвата света (светового ввода) в тонких органических солнечных элементах. ^[100] В дополнение к гибкости органических солнечных элементов, используя гибкие электроды ^{[101] [102]} и подложки ^[103] вместо ITO и стекла соответственно, можно производить полностью гибкие органические солнечные элементы. За счет такого использования гибких подложек и подложек вводятся более простые методы обеспечения эффектов улавливания света для OPV, такие как полимерные электроды со встроенными рассеивающими частицами, ^[104] полимерные электроды с нано-отпечатками, ^[105] структурированные подложки из ПЭТ ^{[106] [107]}и даже оптическая дисплейная пленка, коммерчески используемая для жидкокристаллических дисплеев (ЖКД) в качестве подложек. ^[108] Будет проведено много исследований для повышения эффективности OPV за счет простой обработки светозахватывающих структур.

Использование в тандемной фотогальванике [ править ]

Недавние исследования и исследования были проведены по использованию органического солнечного элемента в качестве верхнего элемента в гибридной тандемной батарее солнечных элементов . Поскольку органические солнечные элементы имеют более широкую запрещенную зону, чем традиционные неорганические фотоэлектрические элементы, такие как кремний или CIGS , они могут поглощать фотоны с более высокой энергией, не теряя значительную часть энергии из-за термализации, и, таким образом, работают при более высоком напряжении. Фотоны с более низкой энергией и фотоны с более высокой энергией, которые не поглощаются, проходят через верхний органический солнечный элемент и затем поглощаются нижним неорганическим элементом. Органические солнечные элементы также можно обрабатывать при низких температурах с низкой стоимостью в 10 долларов за квадратный метр, в результате чего получается печатный верхний элемент, который повышает общую эффективность существующих технологий неорганических солнечных элементов. ^[109]Было проведено много исследований, чтобы создать такую ​​гибридную тандемную батарею солнечных элементов, в том числе исследования по нанесению полупрозрачных электродов, которые поддерживают низкое контактное сопротивление при высокой прозрачности. ^[110]

Последние направления исследований материалов с объемными гетеропереходами [ править ]

Одно из основных направлений текущих исследований - использование нефуллереновых акцепторов . Хотя акцепторы фуллеренов были стандартом для большинства органических фотоэлектрических элементов из-за их совместимости с конструкциями ячеек с объемным гетеропереходом, а также их хороших транспортных свойств, у них есть некоторые резервы, которые заставляют исследователей искать альтернативы. ^[111] Некоторые недостатки акцепторов фуллеренов включают их нестабильность, то, что они несколько ограничены в перестройке энергии и имеют плохое оптическое поглощение. ^[111] Исследователи разработали акцепторы малых молекул, которые из-за их хорошей перестройки энергии могут показывать высокие напряжения холостого хода. ^[111]Объединив полимерный донор (D18) с акцептором малых молекул (Y6), ученые создали в лаборатории органические солнечные элементы, обеспечивающие высокий КПД более 18%. ^[112] Тем не менее, с нефуллереновыми акцепторами все еще существуют серьезные проблемы, в том числе низкая подвижность носителей заряда акцепторов малых молекул, и огромное количество возможных молекул для исследовательского сообщества. ^[111]

Маленькие молекулы также активно исследуются, чтобы действовать как донорные материалы, потенциально заменяя полимерные доноры. Поскольку небольшие молекулы не различаются по молекулярной массе, как полимеры, для них потребуется меньше этапов очистки и они менее подвержены дефектам макромолекул и изгибам, которые могут создавать состояния ловушки, ведущие к рекомбинации. ^[113] Недавние исследования показали, что высокоэффективные низкомолекулярные донорные структуры имеют тенденцию иметь плоские двумерные структуры и могут агрегироваться или самоорганизовываться. ^[113] Синусоидальные характеристики этих устройств во многом зависят от морфологии активного слоя, в настоящее время продолжаются исследования по изучению возможностей малых молекул и оптимизации морфологии устройств с помощью таких процессов, как отжиг для различных материалов. ^[113]

Другие солнечные элементы третьего поколения [ править ]

• Сенсибилизированный красителем солнечный элемент
• Гибридная солнечная батарея
• Нанокристаллический солнечный элемент
• Фотоэлектрохимическая ячейка

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

• Электронные процессы в органических кристаллах и полимерах, 2-е изд. Мартин Поуп и Чарльз Свенберг, Oxford University Press (1999), ISBN 0-19-512963-6 
• Органическая фотогальваника Кристофа Брабека, Владимира Дьяконова, Юргена Паризи и Ниязи Сердара Сарицифтчи (ред.), Springer Verlag (Берлин, 2003 г.), ISBN 3-540-00405-X 
• Органическая фотовольтаика: механизмы, материалы и устройства (оптическая инженерия) Сам-Шаджинг Сун и Ниязи Сердар Сарицифтчи (редакторы), CRC Press (2005), ISBN 0-8247-5963-X 
• Справочник по органической электронике и фотонике (3-томный набор) Хари Сингх Налва, американское научное издательство. (2008), ISBN 1-58883-095-0 
• Грин, Мартин А.; Эмери, Кейт; Хисикава, Ёсихиро; Варта, Вильгельм (2010). «Таблицы эффективности солнечных элементов (версия 36)» . Прогресс в фотогальванике: исследования и приложения . 18 (5): 346–352. DOI : 10.1002 / pip.1021 .
• Sariciftci, NS; Smilowitz, L .; Heeger, AJ; Wudl, F. (1992). «Фотоиндуцированный перенос электронов с проводящих полимеров на бакминстерфуллерен». Наука . 258 : 1474. Bibcode : 1992Sci ... 258.1474S . DOI : 10.1126 / science.258.5087.1474 . PMID  17755110 .
• NS Sariciftci, AJ Heeger, Фотофизика, разделение зарядов и устройства сопряженных полимеров / фуллереновых композитов, в Справочнике по органическим проводящим молекулам и полимерам , под редакцией HSNalwa, 1 , Wiley, Chichester, New York, 1997, Ch. 8. С. 413–455.
• «Пластиковые солнечные элементы» Кристоф Дж. Брабек, Н. Сердар Сарицифтци, Ян Кес Хуммелен, Advanced Functional Materials, Vol. 11 №: 1, стр. 15–26 (2001)
• Майер, Алекс С .; Скалли, Шон Р.; Хардин, Брайан Э .; Роуэлл, Майкл У .; МакГихи, Майкл Д. (2007). «Солнечные элементы на полимерной основе» . Материалы сегодня . 10 (11): 28–33. DOI : 10.1016 / S1369-7021 (07) 70276-6 .
• Хоппе, Н.С. Саричифтчи, Полимерные солнечные элементы, с. 1–86, в Photoresponsive Polymers II, Eds .: SR Marder and K.-S. Ли, Достижения в науке о полимерах, Springer, ISBN 978-3-540-69452-6 , Берлин-Гейдельберг (2008) 

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы, связанные с органическими солнечными элементами .

• «Электронный 'спин' ключ к прорыву солнечных элементов» (Кембриджский университет)
• http://search.nrel.gov/query.html?qm=1&charset=utf-8&style=eere&col=eren&qc=eren&ht=815081754&ct=345728017 ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
• LIOS - Linzer Institut für Organische Solarzellen, Johannes Kepler Universität Linz, Österreich
• Quantsol 1998