エネルギー損失に関する新しい洞察により、有望なソーラー技術の扉が開かれました — ScienceDaily

有機太陽電池は、多くの可能性を秘めた新しい技術です。 どこにでもあるシリコン太陽電池パネルとは異なり、軽量で柔軟性があり、さまざまな色を呈する可能性があり、都市やファサードの用途に特に魅力的です。 しかし、研究者が有機太陽電池がどのように動作するかの根本的なプロセスを理解するために取り組んでいるため、デバイス性能の継続的な進歩は鈍いものでした.

現在、プリンストン大学とキング アブドラ科学技術大学のエンジニアは、有機太陽電池のエネルギー損失を表現する新しい方法を説明し、その説明を拡張して、最高のデバイスを設計するための推奨事項を作成しました。 このブレークスルーは、有機太陽電池を構築するための従来のアプローチを再考する可能性があります。 彼らの作品は 11 月 18 日に出版されました。 ジュール.

「有機太陽電池のエネルギー損失は、伝統的に記述され、定義されてきました。そして、その記述は完全に正しくないことが判明しました」と、研究の共著者であり、電気およびコンピューター工学の准教授である Barry Rand 氏は述べています。エネルギーと環境のためのアンドリンガーセンター。

Rand は、エネルギー損失を記述する従来の方法では、有機太陽電池の無秩序の存在を説明できないと指摘しました。 障害の一種である動的障害は、ミクロレベルでの分子の不規則な動きによって引き起こされ、ほとんどの温度で実質的に避けられないエネルギー損失を引き起こします。 もう 1 つのタイプ、構造的または静的な障害は、有機太陽電池で使用されるさまざまな材料の固有の構造と、デバイス内のそれらの配置の産物です。

エネルギー損失計算の乱れを考慮していない有機太陽電池に関する過去の研究では、デバイスの材料に関係なく、約 0.6 電子ボルトの値が得られました。 しかし、ランドと彼のチームがエネルギー損失を計算し、さまざまなデバイスをテストする方法に障害を組み込んだとき、彼らは障害のレベルが有機太陽電池の全体的なエネルギー損失を決定する上で重要な役割を果たすことを発見しました.

「太陽電池の無秩序が増加するにつれて、非放射エネルギー損失成分 (私たちが制御できる成分) が急速に成長することがわかります」と Rand 氏は述べています。 「非放射性エネルギー損失は、障害成分の 2 乗で大きくなります。」

無秩序が増加するとデバイスのエネルギー損失が急激に増加することを実証した後、研究者は無秩序を最小限に抑え、より効率的なデバイスにつながる材料を推奨することができました。 科学者は、有機太陽電池に使用する材料とそれらをどのように配置するかを選択できるため、特定のデバイスの構造障害のレベルをある程度制御できます。

有機太陽電池を設計するとき、研究者は、フィルムの一部がすべて結晶またはすべて非晶質である材料の均一な混合物、またはフィルムの一部が結晶で他の部分が他の部分である不均一な混合物を作成することに集中できます。アモルファスです。

研究を通じて、Rand のチームは、有機太陽電池の構築に関しては、均一な混合物が最も重要であることを実証しました。 有機太陽電池の性能を向上させるには、科学者は高結晶性または高非晶質の材料を使用し、デバイス内でこの 2 つを混合しないようにする必要があると Rand 氏は述べています。

「その間に何かがある場合、つまり膜の一部がわずかに結晶性で、一部が非晶質であるという不均一性がある場合、それは最もエネルギーを失うときです」とランドは言いました.

研究者は以前、太陽電池混合物におけるある程度の不均一性が全体的な性能にとって有益であると信じていたため、この発見は慣習を破るものです。 しかし、Rand のチームは、異種デバイスの混合物には高レベルの無秩序性があり、かなりの量のエネルギーが失われることを発見したため、研究者がより効率的な有機太陽電池を追求する際に、この発見が研究者に新たな焦点を提供する可能性があると述べました。

「異質性はしばしばデバイスの焦点でした。ある程度の結晶化度は有益であると考えられていました。しかし、それは私たちが見たものではないことが判明しました」とランドは言いました. 彼は、今日の最高性能の有機太陽電池の多くが高度に非晶質の膜で構成されていることを指摘し、既存の技術では、完全に非晶質の混合物は完全に結晶質のものよりも実用的であることを示唆しました.

彼のチームの研究は主に有機太陽電池の背後にある科学を理解することを目的としていましたが、ランドは、他の人が彼らの研究を利用してより効率的なデバイスを構築し、最終的にこの有望な太陽電池技術の新しい性能ベンチマークに到達できることを期待しています.

「この発見は、私たちがすでに知っていることに追加できる有機太陽電池のもう 1 つの側面であり、将来的に効率を改善するのに役立ちます」と Rand 氏は述べています。

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