Wydajne i ekologiczne organiczne ogniwa słoneczne
Organiczne ogniwa słoneczne mają różne zastosowania tam, gdzie nie można użyć konwencjonalnych ogniw krzemowych. Zanim organiczne moduły słoneczne będzie można wprowadzić na rynek, trzeba rozwiązać kilka problemów związanych z produkcją. Jednym z nich jest wykorzystanie materiałów i technik przyjaznych dla środowiska. Rozwiązanie tych problemów było celem naukowców uczestniczących w projekcie MATHERO (New materials for highly efficient and reliable organic solar cells) finansowanym przez UE. Opracowano materiały i metody osadzania umożliwiające urządzeniom osiągnięcie PCE rzędu 10% w skali laboratoryjnej. Taka sprawność wraz z okresem eksploatacji przekraczającym 10 lat oznaczałyby również znaczną redukcję kosztów operacyjnych. Aby osiągnąć takie rezultaty, zespół opracował wysokowydajne polimery (donory), ekologiczne tusze i rozpuszczalniki, a także zsyntetyzował materiały o ekologicznym składzie chemicznym z możliwością skalowania. Naukowcy zsyntetyzowali kopolimery, pochodne benzoditiofenu i chinoksaliny, początkowo stosując tradycyjną technikę polimeryzacji w rekcji sprzęgania krzyżowego Stille'a. Wydajność polimerowo-fulerenowych organicznych ogniw słonecznych w skali laboratoryjnej wyniosła ponad 8%. Przy zastosowaniu bezpośredniej arylacji (ekologicznej i skalowalnej metodzie chemicznej) polimery nadal osiągały 6% PCE. Naukowcy opracowali ekologiczne tusze przy użyciu niehalogenowanych, nietoksycznych rozpuszczalników i uzyskali ogniwa słoneczne o PCE przekraczającej 10%. Praca nad wydłużaniem żywotności ogniw słonecznych skutkowała stworzeniem procesu enkapsulacji monolitycznej. Zespół opracował nowe materiały i procesy, które nie wymagają użycia klejów ani technologii próżniowych pochłaniających duże ilości energii, zwykle stosowanych w przypadku wysokiej jakości folii barierowych. Proces enkapsulacji monolitycznej materiałów przygotowanych z roztworu jest kompatybilny z procesem osadzania powierzchni na organicznych modułach słonecznych. Zespół MATHERO wykazał również opłacalność modułów OPV. Do produkcji elastycznych modułów słonecznych wykorzystano usprawnienia, takie jak polimery fotoaktywne wytwarzane za pomocą skalowalnej, ekologicznej syntezy, zrównoważona produkcja przy użyciu ekologicznych rozpuszczalników, niedrogie warstwy pośrednie i proces enkapsulacji monolitycznej. Umożliwia to znaczne obniżenie kosztów materiałów, co jest głównym czynnikiem w przypadku produkcji OPV na dużą skalę. Pozostałe działania obejmowały analizę potrzeb technologicznych, rynku i rentowności ekonomicznej proponowanej metodologii. Zespół opracował plan upowszechniania wyników, który umożliwia szybkie wprowadzanie na rynek. Zidentyfikowano sześć użytecznych wyników i opracowano plan ich wykorzystania. Wyniki MATHERO pozwalają na tańszą produkcję długotrwałych, wydajnych i przyjaznych środowisku ogniw słonecznych.
Słowa kluczowe
Ogniwa słoneczne, fotowoltaika organiczna, sprawność konwersji energii, MATHERO, chemia skalowalna, przyjazny dla środowiska
