Создан ультратонкий и ультрагибкий органический солнечный элемент для современных носимых устройств

Исследования Университета Монаш, Токийского университета и RIKEN, частично предпринятые в австралийском Синхротроне, позволили создать ультрагибкий и ультра-тонкий органический солнечный элемент, обеспечивающий лучшие в мире характеристики при значительном растяжении и деформации.

Эта разработка прокладывает путь вперед для нового класса растягиваемых и сгибаемых солнечных элементов в носимых устройствах , таких как трекеры для фитнеса и здоровья, а также умные часы со сложными изогнутыми поверхностями.

Прогресс, который был опубликован в журнале Джоуль, стал возможен благодаря созданию ультратонкого материала на основе смеси молекул полимера, фуллерена и не фуллерена с желаемыми механическими свойствами и энергетической эффективностью, по словам доктора Венчао Хуанга, исследователя и сотрудника Университета Монаш и первого автора статьи.

Толщина пленки солнечного элемента составляет всего три микрометра, что в десять раз меньше толщины человеческого волоса.

«Вэньчао продолжил выдающуюся работу, которую он начал, когда он защитил докторскую диссертацию и получил медаль Стивена Уилкинса. Эти результаты значительны и отражают силу лучевых линий на австралийском синхротроне, позволяющую получить представление о производстве, структуре, функциях и свойства передовых материалов», — сказал доктор Майкл Джеймс, старший научный сотрудник австралийского синхротрона.

В то время как большое количество ученых работают над повышением энергетической эффективности органических солнечных элементов, исследования доктора Хуанга сосредоточены на тонкопленочных устройствах с лучшими механическими свойствами.

Его солнечная батарея достигла сертифицированной энергетической эффективности в 12,3 процента и продемонстрировала минимальное ухудшение характеристик при испытаниях на изгиб и сжатие, что считается лучшим результатом для гибких органических солнечных батарей.

Доктор Хуанг сказал, что оптимизация морфологии активного слоя, где происходит фотоэлектрическая обработка, была достигнута путем добавления небольшого количества акцептора на основе фуллерена в полимерные и не фуллереновые компоненты устройства.

Чтобы лучше понять изменения в структуре активного слоя, доктор Хуанг использовал специализированные методы на линиях луча как для мало-, так и для широкоугольного рассеяния (SAXS / WAXS) и мягкой рентгеновской спектроскопии (SXR) в австралийском синхротроне, а также атомно-силовой микроскопии в Монаше.

«Лабораторное рентгеновское излучение не может генерировать достаточный сигнал для исследования морфологии тонкой пленки. Вам необходим большой поток синхротронных пучков и современные детекторы для получения структурной информации», — сказал Хуан.

«Сбор данных по линии луча SAXS / WAXS очень быстр: всего одна секунда для измерения».

Хуанг также исследовал, как дополнительный акцепторный компонент влияет на боковую и вертикальную структуру и молекулярную упаковку в этих тонкопленочных устройствах на солнечных элементах.

Данные по скользящему падению из данных линии луча SAXS/WAXS показали, что и у полимера, и у фуллерена наблюдается грань в конфигурации укладки, что считается более благоприятным для переноса заряда через активный слой.

«Настройка представления молекул в наиболее выгодном направлении может улучшить транспортировку электронов в органических полупроводниках», — сказал Хуан.

Рентгеновская спектроскопия тонкой структуры ближнего края (NEXAFS) от линии луча SXR использовалась для исследования химического состава и границы раздела верхнего поверхностного слоя и нижнего слоя тонкой пленки.

Интересно, что добавление акцептора фуллерена в смешанный слой полимера/нефуллерена нарушило кристаллизацию, но не оказало отрицательного влияния на подвижность электронов.

«Благодаря введению компонента с присущим ему высоким свойством подвижности электронов, фуллерена, он компенсирует эффект, вызванный снижением кристалличности», — сказал Хуан.

На следующем этапе исследований Хуан намерен увеличить масштаб солнечного элемента, объединить его с другими компонентами в готовом устройстве для коммерческого применения в современных гаджетах.

По материалам Techxplore

-=GadZZillA=-

Компьютерный системный администратор, веб-огородник, IT-шник, специалист по строительным материалам, создатель и администратор проекта "Лаборатория Рабочих Столов"

Вас также может заинтересовать...

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

 

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.