Nowe materiały półprzewodnikowe dla potrzeb wydajnej fotowoltaiki organicznej
Wysoka sprawność i niskie koszty są niezbędne, by można było upowszechnić technologię ogniw słonecznych. W roku 2013 brak wydajności organicznych ogniw fotowoltaicznych i problemy z ich stabilnością, a także ich potencjał w zakresie obniżenia kosztów i zwiększenia wydajności, sprawiały, że stanowiły one popularną dziedzinę badań. Półprzewodniki organiczne z szeroką przerwą energetyczną mają duży potencjał, by spełnić oczekiwania dotyczące zwiększenia sprawności. Polimery organiczne z szerszą przerwą energetyczną niż w przypadku powszechnie stosowanego nieorganicznego krzemu są szczególnie pożądanymi absorberami uzupełniającymi w tandemowych ogniwach słonecznych. W ramach projektu ECOCHEM (Development of low band gap conjugated polymers by ecofriendly synthetic methodologies for high performance organic photovoltaics) naukowcy dokonali syntezy wysoce stabilnych polimerów sprzężonych z szeroką przerwą energetyczną, dających duże nadzieje na wyprodukowanie elastycznych dużych urządzeń na skalę przemysłową. Prace koncentrowały się na opracowaniu kopolimerów przemiennych składających się z powtarzalnych jednostek monomerów będących donorami i akceptorami elektronów. Naukowcy opracowali zatem polimery półprzewodnikowe zawierające indacenoditiofen lub indacenoditienotiofen, pełniące rolę bogatych w elektrony monomerów, oraz chinoksalinę, tienylopirolodion lub difluorobenzotiadiazol, pełniące rolę monomerów ubogich w elektrony. Na chwilę obecną najpopularniejszym polimerem z szeroką przerwą energetyczną w tandemowych organicznych ogniwach słonecznych jest poli(3-heksylotiofen). Masową produkcję urządzeń opartych na tym polimerze utrudniają jednak często czasochłonne procesy wytwarzania. Wszystkie kopolimery opracowane w ramach projektu ECOCHEM cechują się dużymi przerwami energetycznymi, podobnie jak w przypadku poli(3-heksylotiofenu). Rodzaj jednostki ubogiej w elektrony okazał się jednak pogarszać właściwości optyczne kopolimerów indacenoditiofenu i indacenoditienotiofenu. Sprawność konwersji energii odwróconych architektur ogniw słonecznych opartych na polimerach półprzewodnikowych zawierających indacenoditienotiofen i chinoksalinę okazała się taka sama jak w przypadku poli(3-heksylotiofenu). Tego rodzaju kopolimery o dużej przerwie energetycznej są również idealnymi kandydatami do zastosowania w ogniwie górnym struktur tandemowych. Dzięki możliwości łatwego przetwarzania w powietrzu oraz zgodności z metodami roll-to-roll kopolimery te mogą posłużyć do stworzenia niezwykłych innowacyjnych rozwiązań w dziedzinie wielkopowierzchniowych elastycznych ogniw słonecznych. Ich zastosowania nie ograniczają się wyłącznie do ogniw słonecznych, ale obejmują też energooszczędne podzespoły elektroniczne systemów zasilania, bioczujniki i diody LED.
Słowa kluczowe
Półprzewodnik, organiczne fotowoltaiczne, ogniwa słoneczne, z szeroką przerwą energetyczną, roll-to-roll, polimery sprzężone
