Επανάσταση στην ηλιακή ενέργεια: Το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Chemnitz ερευνά οργανικά κύτταρα!

Επανάσταση στην ηλιακή ενέργεια: Το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Chemnitz ερευνά οργανικά κύτταρα!

Η έρευνα σε οργανικά ηλιακά κύτταρα έχει αποκτήσει δυναμική τα τελευταία χρόνια, ιδιαίτερα στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Chemnitz, όπου μια ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Δρ. Carsten Deibel εργάζεται εντατικά για την αύξηση της αποτελεσματικότητας αυτών των τεχνολογιών. Η εστίαση εδώ είναι στην κατανόηση των φορέων αργής φόρτισης, οι οποίοι είναι υπεύθυνοι για τη σημαντική αντίσταση στη μεταφορά. Αυτό το φαινόμενο επηρεάζει τόσο τον συντελεστή πλήρωσης όσο και τη συνολική απόδοση των ηλιακών κυψελών. Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας δημοσιεύονται σε διάσημα περιοδικά όπως το "Reports on Progress in Physics" και το "Advanced Energy Materials" για να παρέχουν στην επιστημονική κοινότητα νέες γνώσεις.

Η διεπιστημονική συνεργασία αποτελεί ουσιαστικό μέρος αυτής της προόδου. Ως μέρος της ερευνητικής ομάδας DFG «Εκτυπωμένα & σταθερά οργανικά φωτοβολταϊκά με αποδέκτες μη fullerene – POPULAR», ειδικοί από διάφορα γερμανικά και βρετανικά πανεπιστήμια έχουν εργαστεί σε έργα που χρηματοδοτούνται με περίπου πέντε εκατομμύρια ευρώ. Στόχος αυτής της ομάδας είναι η βελτίωση και η βελτιστοποίηση των οργανικών ηλιακών κυψελών για μαζική παραγωγή.

Ο ρόλος των οργανικών ηλιακών κυψελών

Τα οργανικά ηλιακά κύτταρα, τα οποία αποτελούνται από ομοιόμορφες οργανικές χημικές ουσίες, ιδιαίτερα ενώσεις υδρογονανθράκων όπως τα πλαστικά, προσφέρουν αρκετά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις συμβατικές τεχνολογίες. Τον Αύγουστο του 2018, η απόδοσή τους ήταν 17,3%, η οποία είναι χαμηλότερη από αυτή των ανόργανων ηλιακών κυψελών, αλλά ξεχωρίζει λόγω των οικονομικών και ευέλικτων διαδικασιών κατασκευής. Τα πρώτα οργανικά ηλιακά κύτταρα αναπτύχθηκαν από τον Ching W. Tang το 1985 και εξακολουθούν να βασίζονται σε συζευγμένα πολυμερή και φουλερένια στα στρώματά τους.

Μία από τις σημαντικότερες προκλήσεις είναι η αργή κίνηση των φορέων μεταφοράς φορτίου. Αυτά τα προβλήματα μπορούν να παρακαμφθούν χρησιμοποιώντας ένα σύστημα δωρητή-αποδέκτη που επιτρέπει τη γρήγορη μεταφορά φόρτισης. Το ενεργό στρώμα αυτών των στοιχείων εναποτίθεται σε ένα διαφανές, αγώγιμο ηλεκτρόδιο που μεγιστοποιεί την απορρόφηση φωτός, ενώ ένα μεταλλικό ηλεκτρόδιο συλλέγει τους συλλεγόμενους φορείς φορτίου στην άλλη πλευρά του στρώματος.

Καινοτομίες και προκλήσεις

Εκτός από την έρευνα στο Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας του Chemnitz, ιδρύματα όπως αυτό επιδιώκουν Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems καινοτόμες προσεγγίσεις για την παραγωγή οργανικών ηλιακών κυττάρων. Εργάζονται σε φθηνότερα και πιο φιλικά προς το περιβάλλον υλικά που είναι οικονομικά προσιτά για εμπορική χρήση. Η ανάπτυξη εύκαμπτων, ελαφρών διαφανών κυψελών θα μπορούσε να ανοίξει πρωτοποριακά πεδία εφαρμογής, για παράδειγμα ως ολοκληρωμένες λύσεις σε συστήματα παραθύρων ή γεωργικές προστατευτικές μεμβράνες που προσφέρουν προστασία και συμβάλλουν στην παραγωγή ενέργειας.

Παρόλο που τα οργανικά φωτοβολταϊκά έχουν σημειώσει πρόοδο τα τελευταία χρόνια, η μακροπρόθεσμη σταθερότητα παραμένει ένα από τα κύρια εμπόδια για την εμπορική τους ανακάλυψη. Εταιρείες όπως η Heliatek ιδρύθηκαν για να φέρουν αυτές τις τεχνολογίες σε μαζική παραγωγή, αλλά απαιτούνται ακόμη εξελίξεις για τη βελτιστοποίηση της διάρκειας ζωής και της αποτελεσματικότητας αυτών των κυττάρων στο ηλιακό φως. Η δημιουργία ενός σταθερού περιβάλλοντος αγοράς για οργανικά ηλιακά κύτταρα απαιτεί όχι μόνο τεχνολογικές βελτιώσεις αλλά και οικονομικές στρατηγικές για τη μείωση του κόστους.

Οι τρέχουσες εξελίξεις δείχνουν ότι η ζωντάνια και το καινοτόμο πνεύμα στον τομέα της οργανικής ηλιακής ενέργειας γίνονται όλο και πιο σημαντικά. Ερευνητικά έργα και εταιρείες προσπαθούν να ξεπεράσουν τις προκλήσεις και έτσι να συνειδητοποιήσουν τα πλεονεκτήματα αυτής της τεχνολογίας για ευρύτερη εφαρμογή.