يعزز الطلاء الجزيئي الخلايا الشمسية العضوية

وجد الباحثون أن طلاء القطب الكهربائي بسماكة جزيء واحد يمكن أن يعزز بشكل كبير أداء الخلية الكهروضوئية العضوية. يتفوق الطلاء على المادة الرائدة المستخدمة حاليًا لهذه المهمة وقد يمهد الطريق لتحسينات في الأجهزة الأخرى التي تعتمد على الجزيئات العضوية ، مثل الثنائيات الباعثة للضوء وأجهزة الكشف الضوئي.

على عكس الخلايا الكهروضوئية الأكثر شيوعًا التي تستخدم السيليكون البلوري لحصاد الضوء ، تعتمد الخلايا الكهروضوئية العضوية (OPVs) على طبقة تمتص الضوء من الجزيئات القائمة على الكربون. على الرغم من أن OPVs لا يمكنها حتى الآن منافسة أداء خلايا السيليكون ، إلا أنها قد تكون أسهل وأرخص في التصنيع على نطاق واسع جدًا باستخدام تقنيات الطباعة.

عندما يدخل الضوء إلى خلية كهروضوئية ، فإن طاقته تحرر إلكترونًا سالبًا وتترك وراءها فجوة موجبة ، تُعرف بالثقب. ثم تجمع المواد المختلفة الإلكترونات والثقوب وتوجهها إلى أقطاب كهربائية مختلفة لتوليد تيار كهربائي. في OPVs ، تُستخدم مادة تسمى PEDOT: PSS على نطاق واسع لتسهيل نقل الثقوب المتولدة إلى القطب ؛ ومع ذلك ، فإن PEDOT: PSS باهظ الثمن وحامضي ويمكن أن يؤدي إلى تدهور أداء الخلية بمرور الوقت.

طور الفريق الآن بديلاً أفضل لـ PEDOT: PSS. يستخدمون طلاءًا أرق بكثير من جزيء نقل الثقوب يسمى Br^-2PACz ، الذي يرتبط بإلكترود من أكسيد قصدير الإنديوم (ITO) ليشكل طبقة جزيئية واحدة. الخلية العضوية باستخدام Br^-2حققت PACz كفاءة تحويل طاقة بنسبة 18.4 في المائة ، بينما وصلت خلية مكافئة باستخدام PEDOT: PSS إلى 17.5 في المائة فقط.

يقول أعضاء فريق البحث: "لقد فوجئت بالفعل بتحسين الأداء". ”نعتقد أن Br^-2PACz لديها القدرة على استبدال PEDOT: PSS نظرًا لتكلفتها المنخفضة وأدائها العالي ".

Br^-2زاد PACz من كفاءة الخلية بعدة طرق. بالمقارنة مع منافستها ، فقد تسببت في مقاومة كهربائية أقل ، وتحسين نقل الفتحات ، وسمح لمزيد من الضوء بالتألق عبر الطبقة الماصة. Br^-2قام PACz أيضًا بتحسين بنية الطبقة الممتصة للضوء نفسها ، وهو تأثير قد يكون مرتبطًا بعملية الطلاء.

يمكن للطلاء تحسين قابلية إعادة التدوير لـ الخلايا الشمسية. وجد الباحثون أنه يمكن إزالة القطب الكهربي ITO من الخلية ، وتجريده من غلافها ، ثم إعادة استخدامه كما لو كانت جديدة. في المقابل ، يخفف PEDOT: PSS سطح ITO بحيث يؤدي أداءً ضعيفًا إذا أعيد استخدامه في خلية أخرى. "نتوقع أن يكون لهذا تأثير كبير على اقتصاديات OPVs والبيئة ،".