Studi memberikan deskripsi terpadu tentang kehilangan tegangan non-radiatif dalam sel surya organik
Green Tech

Studi memberikan deskripsi terpadu tentang kehilangan tegangan non-radiatif dalam sel surya organik


a) Ilustrasi rekombinasi elektron dan hole dalam lapisan aktif sel surya organik, yang dapat menyebabkan peluruhan radiasi dan emisi foton. b) Keadaan elektronik yang relevan pada antarmuka donor/akseptor: Kurva energi potensial untuk keadaan dasar (G), keadaan transfer muatan (CT), dan keadaan eksitasi lokal (LE) yang sangat menyerap/memancar. c) Distribusi rugi-rugi tegangan non-radiatif sebagai fungsi dari energi keadaan CT pada sel surya organik berbasis fullerene konvensional (titik ungu) dan sel surya organik non-fulerena mutakhir (titik oranye). Kredit: Chen dkk.

Dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti telah mencoba mengembangkan teknologi surya yang semakin efisien dan canggih. Salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi sel surya adalah dengan mengurangi kerugian energi (yaitu, kerugian tegangan) yang disebabkan oleh proses rekombinasi non-radiatif.

Para peneliti di Universitas Arizona dan Universitas Linköping di Swedia baru-baru ini melakukan penelitian yang bertujuan untuk lebih memahami kehilangan tegangan non-radiatif dalam sel surya organik. Makalah mereka, diterbitkan di Energi Alam, menjelaskan cara di mana kehilangan energi terjadi baik di sel surya berbasis fullerene dan nonfullerene.

“Perhatikan bahwa penyerapan foton mengarah pada pembentukan keadaan elektronik tereksitasi dalam komponen penerima elektron dan/atau donor elektron dari lapisan aktif,” Jean-Luc Bredas, salah satu peneliti yang melakukan penelitian, mengatakan kepada TechXplore. “Keadaan tereksitasi ini berkembang menjadi apa yang disebut keadaan elektronik transfer muatan (CT) pada antarmuka antara komponen akseptor dan donor. Keadaan CT ini kemudian dapat berdisosiasi menjadi pembawa muatan bebas atau meluruh ke keadaan dasar.”

Setelah status CT terdisosiasi menjadi pembawa muatan bebas, pembawa ini idealnya harus pindah ke elektroda, di mana mereka akhirnya diekstraksi. Namun, di sepanjang jalan, beberapa pembawa muatan ini juga dapat bergabung kembali, melalui proses yang dikenal sebagai rekombinasi biomolekuler.

Proses rekombinasi biomolekuler juga terjadi melalui status CT. Oleh karena itu, untuk mengoptimalkan efisiensi sel surya organik, seseorang harus meminimalkan peluruhan non-radiatif dari status CT. Dalam makalah mereka, tim Arizona dan Linköping dan rekan mereka memberikan deskripsi terpadu tentang kehilangan tegangan non-radiatif dalam sel surya organik.

“Kami mampu menggambarkan dengan baik situasi di kedua sel surya berbasis fullerene dan nonfullerene,” jelas Bredas. “Deskripsi terpadu ini dicapai dengan menggabungkan upaya teoretis di Arizona dan upaya eksperimental, terutama dilakukan di Linköping. Di sisi teoretis, kami dapat mempertimbangkan semua keadaan elektronik yang relevan, yaitu: keadaan dasar, keadaan CT, dan keadaan yang sangat menyerap di dalam akseptor dan/atau donor.”

Model peluruhan non-radiatif yang diusulkan sebelumnya tidak mempertimbangkan keadaan penyerap kuat dalam akseptor dan/atau donor. Oleh karena itu, mereka gagal memberikan gambaran lengkap tentang kerugian tegangan non-radiatif, yang diperlukan untuk memahami sepenuhnya dampaknya, terutama pada sel surya berbasis nonfullerene yang sangat efisien. Sebaliknya, model teoritis oleh Bredas dan rekan-rekannya menggambarkan kehilangan energi non-radiatif baik dalam sel surya berbasis fullerene dan nonfullerene.

Dari sudut pandang eksperimental, tim di Universitas Linköping mampu mengkarakterisasi status CT dan parameter sel surya untuk lebih dari 30 sistem. Sistem ini mencakup lapisan aktif berbasis fullerene dan nonfullerene.

“Kombinasi dari upaya ini menawarkan pemahaman mendalam yang belum pernah terjadi sebelumnya tentang alasan mengapa sel surya organik berbasis nonfullerene yang sangat efisien memiliki kehilangan energi / tegangan yang kecil,” kata Bredas.

Dalam perjalanan penyelidikan mereka, Bredas dan rekan-rekannya membuat beberapa pengamatan menarik. Pertama, mereka menemukan bahwa pendaran komponen akseptor dan donor murni menentukan tingkat kehilangan tegangan. Kedua, eksperimen mereka menunjukkan bahwa rugi-rugi tegangan dapat dikurangi tanpa mengorbankan atau mempengaruhi efisiensi pembangkitan muatan.

“Daya yang dihasilkan sel surya adalah arus kali tegangan,” kata Bredas. “Mengurangi rugi tegangan jelas meningkatkan tegangan maksimum yang dapat dihasilkan. Ada kekhawatiran di masyarakat bahwa cara mengurangi rugi tegangan juga akan mengurangi pembangkitan muatan dan oleh karena itu arus maksimum yang dapat dihasilkan. Kami menunjukkan ini dalam faktanya sama sekali belum tentu demikian.”

Di masa depan, makalah ini dapat menginformasikan pengembangan sel surya dan teknologi surya yang lebih efisien. Lebih khusus, penelitian ini menyoroti manfaat menggunakan bahan donor dan akseptor dengan efisiensi pendaran tinggi, serta pita penyerapan optik pelengkap yang meluas ke wilayah dekat-inframerah. Bahan-bahan ini sebenarnya dapat membantu memaksimalkan pengumpulan foton ketika sel surya terkena sinar matahari.

“Dalam studi kami berikutnya, kami berencana untuk mengeksplorasi implikasi dari temuan kami lebih lanjut,” kata Bredas. “Lebih khusus lagi, kami ingin mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana pemrosesan eksperimental lapisan aktif berdampak pada morfologi lapisan, sifat elektroniknya, dan pada akhirnya kinerja dan stabilitas perangkat secara keseluruhan. Grup Linköping dan Arizona juga sangat tertarik untuk menjaga kolaborasi mereka, karena ini adalah contoh sempurna tentang bagaimana apa yang kita lakukan bersama bisa lebih dari sekadar jumlah bagian.”


Tolok ukur untuk menangkap matahari dengan lebih baik


Informasi lebih lanjut:
Sebuah deskripsi terpadu kerugian tegangan non-radiatif dalam sel surya organik. Energi Alam(2021). DOI: 10.1038 / s41560-021-00843-4.

© 2021 Sains X Jaringan

Kutipan: Studi memberikan deskripsi terpadu tentang kerugian tegangan non-radiatif dalam sel surya organik (2021, 5 Juli) diambil 5 Juli 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-07-description-non-radiative-voltage-losses -solar.html

Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari transaksi wajar apa pun untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Lagutogel