Zwiększanie wydajności organicznych ogniw słonecznych
OPV to nowa technologia z obszaru fotowoltaiki, która może przyczynić się do zmniejszenia kosztów konwersji energii słonecznej w energię elektryczną. Niska wydajność konwersji mocy i ograniczona wydajność pozostają jednak głównymi barierami na drodze ku poszerzeniu zastosowań tej technologii na rynku. W ramach finansowanego przez UE projektu IQEOPV (Internal quantum efficiency limitations in organic photovoltaics) przeanalizowano procesy fotogeneracji i rekombinacji nośników ładunku, w celu ostatecznej optymalizacji sprawności OPV. Dzięki szczegółowym badaniom naukowcom udało się lepiej zrozumieć związek całkowitego napięcia ogniw z rekombinacją. Podobnie jak w przypadku napięcia, określono współczynnik idealności diody dla zestawu organicznych ogniw słonecznych w szerokim zakresie koncentracji i temperatur nośników ładunku. Zespół odkrył wahania napięcia jałowego wielu materiałów o paśmie wzbronionym wysokiej wartości od oczekiwanego zachowania logarytmicznego w momencie osiągania dużego natężenia prądu lub światła. Najprawdopodobniej za te wahania napięcia odpowiadała rekombinacja powierzchniowa zachodząca na elektrodach. Ponadto powiązano utratę napięcia z nieradiacyjnym przejściem na elektrodach. Odkryto, że materiały polimerowe i fulerenowe wykorzystywane w OPV w znacznym stopniu wpływają na energię resztkową absorpcji i przyrost energii rekombinacji radiacyjnej. Ogranicza to dużym stopniu osiągi ogniw słonecznych, ponieważ fotonapięcie pozostaje znacznie poniżej górnej granicy. Odkryto, że za tę utratę napięcia, w dużej mierze odpowiada energia relaksacji nośników ładunku znajdujących się w stanie przenoszenia ładunków. Naukowcy, w oparciu o materiały organiczne i nieorganiczne, stworzyli nowy typ ogniwa słonecznego, które może osiągnąć wysoką sprawność PV — wydajność radiacyjną. Te hybrydowe ogniwa słoneczne umożliwiają produkcję wielkopowierzchniowych urządzeń PV o znacznie niższym współczynniku rekombinacji pasożytniczej oraz wyższym napięciu jałowym i większej sprawności konwersji energii. Aby OPV zbudowane wyłącznie z materiałów organicznych mogły w znacznym stopniu przyczynić się do wytwarzania energii odnawialnych, nauka musi pokonać zasadnicze bariery. Chociaż umożliwiają one niedrogą produkcję wielkopowierzchniowych ogniw słonecznych, ich miękka struktura ogranicza potencjał osiągania wysokiej sprawności konwersji energii. Przezwyciężenie tego problemu wymaga dalszych badań.
Słowa kluczowe
Ogniwa słoneczne, fotowoltaiczny, mechanizmy strat, fotowoltaika organiczna, wydajność kwantowa
