Rangi ya jua: Hatua 8

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:52

Rangi fulani ambayo hutoa umeme wa moja kwa moja kutoka kwa jua.

Photovoltaics ya kikaboni (OPVs) hutoa uwezo mkubwa kama mipako ya bei rahisi inayoweza kuzalisha umeme moja kwa moja kutoka kwa jua. Vifaa hivi vya mchanganyiko wa polima vinaweza kuchapishwa kwa kasi kubwa katika maeneo makubwa kwa kutumia mbinu za usindikaji wa roll-to-roll, na kuunda maono ya kupendeza ya kufunika kila paa na eneo lingine linalofaa la jengo na picha za bei ya chini.

Hatua ya 1: Usanisi wa NPs Kupitia Mchakato wa Miniemulsion

Njia ya utengenezaji wa nanoparticle hutumia nishati ya ultrasound inayotolewa kupitia pembe ya ultrasound iliyoingizwa kwenye mchanganyiko wa athari ili kutoa miniemulsion (Kielelezo hapo juu). Pembe ya ultrasound inafanya malezi ya matone madogo ya micrometre iwezekanavyo kwa kutumia nguvu kubwa ya shear. Awamu iliyo na kioevu yenye maji yenye maji (polar) imejumuishwa na sehemu ya kikaboni ya polima iliyoyeyushwa katika klorofomu (isiyo ya polar) ili kuzalisha macroemulsion, kisha ikasafishwa kuunda miniemulsion. Matone ya klorofomu ya polima huunda awamu iliyotawanywa na awamu inayoendelea yenye maji. Hii ni marekebisho ya njia ya kawaida ya kutengeneza nanoparticles za polima ambapo awamu iliyotawanywa ilikuwa monoma ya kioevu.

Mara tu baada ya miniemulsification, kutengenezea huondolewa kutoka kwa matone yaliyotawanywa kupitia uvukizi, na kuacha nanoparticles za polima. Ukubwa wa mwisho wa nanoparticle unaweza kuwa anuwai kwa kubadilisha mkusanyiko wa mwanzilishi wa wahusika katika sehemu ya maji.

Hatua ya 2: Usanisi wa NPs Kupitia Mbinu za Usimbuaji

Kama njia mbadala ya njia ya miniemulsion, mbinu za mvua hutoa njia rahisi kwa utengenezaji wa semiconducting polima nanoparticles kupitia sindano ya suluhisho la nyenzo inayotumika katika kutengenezea kwa pili kwa umumunyifu duni.

Kwa hivyo, usanisi ni wa haraka, hautumii mtambamba, hauitaji inapokanzwa (na kwa hivyo, hakuna upangiaji wa upangiaji wa nanoparticles) katika awamu ya usanifu wa nanoparticle na inaweza kupandishwa kwa urahisi kwa usanisi mkubwa wa nyenzo. Kwa ujumla, utawanyiko umeonyeshwa kuwa na utulivu wa chini na huonyesha mabadiliko ya muundo wakati wa kusimama kwa sababu ya upepo wa upendeleo wa chembe za muundo tofauti. Walakini, njia ya mvua inapeana fursa ya kujumuishwa kwa usanifu wa nanoparticle kama sehemu ya mchakato wa kuchapisha, na chembe zinazalishwa wakati na inahitajika. Kwa kuongezea, Hirsch et al. umeonyesha kuwa kwa kuhamishwa kwa kutengenezea vimumunyisho, inawezekana kuunda chembe za ganda-msingi ambazo zimebadilishwa ambapo mpangilio wa kimuundo unapingana na nguvu za asili za vifaa.

Hatua ya 3: PFB: F8BT Nanoparticulate Organic Photovoltaic (NPOPV) Mfumo wa Vifaa

Vipimo vya mapema vya ufanisi wa ubadilishaji wa nguvu wa PFB: Vifaa vya nanoparticle vya F8BT chini ya mwangaza wa jua vifaa vilivyoripotiwa na Jsc = 1 × 10 −5 A cm ^ −2 na Voc = 1.38 V, ambayo (ikidhani makadirio bora ya kitu kisichojazwa cha kujaza (FF) ya 0.28 kutoka vifaa vya mchanganyiko wa wingi) inalingana na PCE ya 0.004%.

Vipimo vingine vya picha tu ya PFB: Vifaa vya nanoparticle vya F8BT vilikuwa viwanja vya ufanisi wa nje (EQE). Vifaa vingi vya photovoltaic vilivyotengenezwa kutoka PFB: F8BT nanoparticles, ambazo zilionyesha ufanisi wa juu wa uongofu wa nguvu unaozingatiwa kwa vifaa hivi vya polyfluorene nanoparticle.

Utendaji huu ulioongezeka ulipatikana kupitia udhibiti wa nguvu za uso wa vifaa vya kibinafsi kwenye nanoparticle ya polima na usindikaji wa baada ya utaftaji wa tabaka za polima za nanoparticle. Kikubwa ni kwamba kazi hii ilionyesha kuwa vifaa vya kutengenezea vya kikaboni vya photovoltaic (NPOPV) vilivyotengenezwa vilikuwa na ufanisi zaidi kuliko vifaa vya mchanganyiko wa kawaida (Kielelezo baadaye).

Hatua ya 4: Kielelezo

Kulinganisha sifa za umeme za nanoparticle na vifaa vingi vya heterojunction. A 4-phenylenediamine) (PFB); poly (9, 9-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole (F8BT)) nanoparticulate (miduara iliyojazwa) na heterojunction ya wingi (duru wazi) kifaa; (b) Tofauti ya ufanisi wa nje wa kiasi (EQE) vs urefu wa urefu wa safu tano ya PFB: F8BT nanoparticulate (miduara iliyojazwa) na heterojunction kubwa (duru wazi) kifaa. Pia imeonyeshwa (mstari uliopigwa) ni mpango wa EQE wa kifaa cha filamu cha nanoparticulate.

Athari za Ca na Al cathode (mbili ya vifaa vya kawaida vya elektroni) katika vifaa vya OPV kulingana na mchanganyiko wa polyfluorene mchanganyiko wa maji ya polima nanoparticle (NP). Walionyesha kuwa PFB: Vifaa vya F8BT NPOPV vilivyo na Al na Ca / Al cathode zinaonyesha tabia inayofanana sana, na kilele cha PCE cha ~ 0.4% kwa Al na ~ 0.8% kwa Ca / Al, na kwamba kuna unene ulioboreshwa tofauti kwa Vifaa vya NP (Kielelezo kijacho). Unene bora ni matokeo ya athari za mwili zinazoshindana za ukarabati na ujazaji wa kasoro kwa filamu nyembamba [32, 33] na ukuzaji wa kupasuka kwa mafadhaiko katika filamu nene.

Unene bora wa safu katika vifaa hivi unalingana na unene muhimu wa ngozi (CCT) hapo juu ambayo shida ya mkazo hufanyika, na kusababisha upinzani mdogo wa shunt na kupunguzwa kwa utendaji wa kifaa.

Hatua ya 5: Kielelezo

Tofauti ya ufanisi wa ubadilishaji wa nguvu (PCE) na idadi ya matabaka yaliyowekwa kwa PFB: F8BT nanoparticulate organic photovoltaic (NPOPV) vifaa vilivyotengenezwa na Al cathode (miduara iliyojazwa) na Ca / Al cathode (miduara wazi). Mistari yenye alama na dashi imeongezwa kuongoza jicho. Hitilafu ya wastani imedhamiriwa kulingana na utofauti kwa kiwango cha chini cha vifaa kumi kwa kila idadi ya tabaka.

Kwa hivyo, vifaa vya F8BT huongeza utengano wa msisimko kuhusiana na muundo unaofanana wa BHJ. Kwa kuongezea, utumiaji wa cathode ya Ca / Al husababisha kuundwa kwa majimbo ya pengo la kuingiliana (Kielelezo baadaye), ambayo hupunguza urekebishaji wa mashtaka yanayotokana na PFB katika vifaa hivi na kurudisha voltage ya mzunguko wazi kwa kiwango kilichopatikana kwa kifaa cha BHJ kilichoboreshwa, na kusababisha PCE inakaribia 1%.

Hatua ya 6: Kielelezo

Michoro ya kiwango cha nishati kwa PFB: F8BT nanoparticles mbele ya kalsiamu. (a) Kalsiamu huenea kupitia uso wa nanoparticle; (b) Dawa za kalsiamu ganda lenye utajiri wa PFB, huzalisha mataifa ya pengo. Uhamisho wa elektroni hutokea kutoka kwa majimbo ya pengo yaliyojaa kalsiamu; (c) Msisimko unaotokana na PFB unakaribia nyenzo za PFB (PFB *), na shimo huhamishia hali ya pengo iliyojazwa, ikitoa elektroni yenye nguvu zaidi; D

Vifaa vya NP-OPV vilivyotengenezwa kutoka kwa P3HT iliyotawanywa na maji: Nanoparticles za PCBM ambazo zilionyesha ufanisi wa ubadilishaji wa nguvu (PCEs) wa 1.30% na ufanisi wa kiwango cha juu cha nje (EQE) cha 35%. Walakini, tofauti na PFB: F8BT mfumo wa NPOPV, P3HT: Vifaa vya PCBM NPOPV vilikuwa na ufanisi mdogo kuliko wenzao wengi wa heterojunction. Kuchunguza usafirishaji wa darubini ya X-ray (STXM) ilifunua kuwa safu inayofanya kazi inabaki mofolojia ya muundo wa NP na inajumuisha NPs za ganda lenye msingi safi wa PCBM na P3HT iliyochanganywa: ganda la PCBM (Kielelezo kijacho). Walakini, baada ya kufungwa, vifaa hivi vya NPOPV hupitia ubaguzi mkubwa wa awamu na kupungua kwa utendaji wa kifaa. Hakika, kazi hii ilitoa ufafanuzi wa ufanisi wa chini wa P3HT iliyofunikwa: Vifaa vya PCBM OPV, kwani usindikaji wa joto wa filamu ya NP husababisha muundo "uliofunikwa zaidi" na utengano wa awamu uliyotokea, na hivyo kuvuruga uzalishaji na usafirishaji.

Hatua ya 7: Muhtasari wa Utendaji wa NPOPV

Muhtasari wa utendaji wa vifaa vya NPOPV vilivyoripotiwa katika miaka michache iliyopita vimewasilishwa katika

Jedwali. Ni wazi kutoka kwa meza kwamba utendaji wa vifaa vya NPOPV umeongezeka sana, na kuongezeka kwa maagizo matatu ya ukubwa.

Hatua ya 8: Hitimisho na Mtazamo wa Baadaye

Uendelezaji wa hivi karibuni wa mipako ya NPOPV inayotokana na maji inawakilisha mabadiliko ya dhana katika ukuzaji wa vifaa vya gharama nafuu vya OPV. Njia hii wakati huo huo hutoa udhibiti wa mofolojia na huondoa hitaji la vimumunyisho vinavyoweza kuwaka katika uzalishaji wa kifaa; changamoto mbili muhimu za utafiti wa sasa wa kifaa cha OPV. Kwa kweli, ukuzaji wa rangi ya jua inayotokana na maji inatoa matarajio ya kupendeza ya kuchapisha vifaa vya eneo kubwa la OPV kutumia kituo chochote cha kuchapisha kilichopo. Kwa kuongezea, inazidi kutambuliwa kuwa ukuzaji wa mfumo wa OPV unaoweza kuchapishwa kwa maji utakuwa na faida kubwa na kwamba mifumo ya sasa ya vifaa kulingana na vimumunyisho vyenye klorini haifai kwa uzalishaji wa kiwango cha kibiashara. Kazi iliyoelezewa katika tathmini hii inaonyesha kwamba mbinu mpya ya NPOPV kwa ujumla inatumika na kwamba PCEs za kifaa cha NPOPV zinaweza kushindana na vifaa vilivyojengwa kutoka kwa vimumunyisho vya kikaboni. Walakini, tafiti hizi pia zinafunua kuwa, kutoka kwa mtazamo wa vifaa, NPs hukaa tofauti kabisa na mchanganyiko wa polima iliyosokotwa kutoka kwa vimumunyisho vya kikaboni. Kwa ufanisi, NPs ni mfumo mpya kabisa wa nyenzo, na kwa hivyo, sheria za zamani za utengenezaji wa vifaa vya OPV ambazo zimejifunza kwa vifaa vya OPV vya kikaboni hazitumiki tena. Katika kesi ya NPOPVs kulingana na mchanganyiko wa polyfluorene, morpholojia ya NP inasababisha kuongezeka kwa ufanisi wa kifaa. Walakini, kwa polima: mchanganyiko kamili (k.v. Mtazamo wa baadaye wa nyenzo hizi ni wa kuahidi sana, na ufanisi wa vifaa umeongezeka kutoka 0.004% hadi 4% kwa chini ya miaka mitano. Hatua inayofuata ya maendeleo itajumuisha kuelewa mifumo inayoamua muundo wa NP na morpholojia ya filamu ya NP na jinsi hizi zinaweza kudhibitiwa na kuboreshwa. Hadi sasa, uwezo wa kudhibiti mofolojia ya matabaka ya kazi ya OPV kwenye nanoscale bado haijafahamika. Walakini, kazi ya hivi karibuni inaonyesha kuwa matumizi ya vifaa vya NP inaweza kuruhusu lengo hili kufanikiwa.