Rewolucja w energii słonecznej: Politechnika w Chemnitz bada ogniwa organiczne!

Rewolucja w energii słonecznej: Politechnika w Chemnitz bada ogniwa organiczne!

Badania nad organicznymi ogniwami słonecznymi nabrały w ostatnich latach tempa, szczególnie na Politechnice w Chemnitz, gdzie zespół kierowany przez prof. dr Carstena Deibela intensywnie pracuje nad zwiększeniem wydajności tych technologii. Skupiono się tutaj na zrozumieniu powolnych nośników ładunku, które są odpowiedzialne za znaczne opory transportu. Zjawisko to wpływa zarówno na współczynnik wypełnienia, jak i na ogólną wydajność ogniw słonecznych. Wyniki tych badań są publikowane w renomowanych czasopismach, takich jak „Reports on Progress in Physics” i „Advanced Energy Materials”, aby zapewnić społeczności naukowej nowe spostrzeżenia.

Współpraca interdyscyplinarna jest istotną częścią tego postępu. W ramach grupy badawczej DFG „Drukowane i stabilne organiczne fotowoltaiki z akceptorami niefulerenowymi – POPULARNE” eksperci z kilku niemieckich i brytyjskich uniwersytetów pracowali nad projektami dofinansowanymi na kwotę około pięciu milionów euro. Celem tej grupy jest udoskonalanie i optymalizacja organicznych ogniw słonecznych do masowej produkcji.

Rola organicznych ogniw słonecznych

Organiczne ogniwa słoneczne, które składają się z jednolitych organicznych substancji chemicznych, w szczególności związków węglowodorowych, takich jak tworzywa sztuczne, oferują kilka zalet w porównaniu z technologiami konwencjonalnymi. Według stanu na sierpień 2018 r. ich sprawność wyniosła 17,3% i jest niższa niż w przypadku nieorganicznych ogniw słonecznych, ale wyróżnia się opłacalnością i wszechstronnością procesów produkcyjnych. Pierwsze organiczne ogniwa słoneczne zostały opracowane przez Ching W. Tanga w 1985 r. i nadal opierają się na warstwach sprzężonych polimerów i fulerenów.

Jednym z głównych wyzwań jest powolny ruch nośników ładunku. Problemy te można obejść stosując układ donor-akceptor, który umożliwia szybki transfer ładunku. Warstwa aktywna tych ogniw osadzona jest na przezroczystej, przewodzącej elektrodzie, która maksymalizuje absorpcję światła, natomiast metalowa elektroda zbiera zebrane nośniki ładunku po drugiej stronie warstwy.

Innowacje i wyzwania

Oprócz badań na Politechnice w Chemnitz tego typu instytucje prowadzą działalność Instytut Fraunhofera ds. Systemów Energii Słonecznej innowacyjne podejście do produkcji organicznych ogniw słonecznych. Pracują nad tańszymi i bardziej przyjaznymi dla środowiska materiałami, które są przystępne do użytku komercyjnego. Opracowanie elastycznych, lekkich, przezroczystych ogniw mogłoby otworzyć przełomowe obszary zastosowań, na przykład jako zintegrowane rozwiązania w systemach okiennych lub rolniczych foliach ochronnych, które zapewniają zarówno ochronę, jak i przyczyniają się do wytwarzania energii.

Chociaż w ostatnich latach fotowoltaika organiczna poczyniła postępy, długoterminowa stabilność pozostaje jedną z głównych przeszkód na drodze do jej komercyjnego przełomu. Firmy takie jak Heliatek powstały, aby wprowadzić te technologie do masowej produkcji, ale nadal potrzebne są prace rozwojowe, aby zoptymalizować żywotność i wydajność tych ogniw w świetle słonecznym. Stworzenie stabilnego otoczenia rynkowego dla organicznych ogniw słonecznych wymaga nie tylko udoskonaleń technologicznych, ale także strategii ekonomicznych mających na celu redukcję kosztów.

Obecny rozwój pokazuje, że żywotność i duch innowacyjności w dziedzinie organicznej energii słonecznej stają się coraz ważniejsze. Projekty badawcze i firmy starają się sprostać wyzwaniom i tym samym wykorzystać zalety tej technologii do szerszego zastosowania.