Дослідники науково-технологічного університету імені короля Абдалли в Саудівській Аравії створили програмовану технологію струменевого нанесення органічних фотоелементів на підкладки сонячних батарей в формі морської черепахи.
Ефективність перетворення сонячної енергії такими панелями досягла 6%. Розробка була представлена в журналі Advanced Materials Technologies.
«Струменевий друк має ряд переваг в порівнянні з традиційними методами нанесення покриття. Це низька витрата матеріалу та планування дизайну за допомогою цифрових платформ. Технологія дозволяє виробляти недорогі елементи, створювати візерунки складних форм та виготовляти багатошарові пристрої без необхідності багатоетапної літографії», зазначив провідний автор статті Даніель Корзо.
Ефективність неорганічних сонячних батарей (наприклад, кремнієвих) складає близько 15% від енергії сонячного світла. Показник високий, однак вартість таких сонячних батарей теж висока. Вартість пов'язана з технологією отримання та обробки кремнію: високі температури та вакуум підтримуються за допомогою дорогого обладнання. Дешевим аналогом кремнієвих підкладок можуть стати органічні батареї, ефективність яких досягла 12%.
Органічна батарея — це суміш двох органічних напівпровідників. На відміну від неорганічних сонячних елементів, при поглинанні світла в матеріалі не відбувається утворення вільних зарядів, але утворюються пов'язані пари «електрон та дірка» - екситон. Щоб перетворити екситон в носій заряду, треба розірвати кулонівські взаємодії, що зв'язують пару, що й відбувається під дією квантів світла. Після розриву негативні електрони йдуть в одну сторону, а позитивно заряджені дірки — в іншу. Було показано, що оптимальна структура такого матеріалу є взаємопроникна сітка з органічних донора та акцептора. Однак проблеми масштабування та виробництва ускладнюють спроби перевести ці матеріали з лабораторії в промислові масштаби.
Дослідники розробили струменеві сонячні матеріали, що містять акцептор нефуллеренової природи. Чорнило з полі-3-гексілтіофена і роданін-бензотіадіазол-пов'язаного індасенодітіофена (P3HT:O-IDTBR) наносили на підкладки площею в 0,1 см2, 2 см2 в формі черепахи. Для цього налаштували реологічні властивості, відпрацювали належний викид крапель та підібрали розчинник, який відповідає вимогам до летючості та розчинності. Оптимізація параметрів друку, включаючи відстань між краплями та температурою осадження, привела до отримання гомогенних плівок. ККД пристрою на площі 0,1 см2 досягає 6,47%, а на площі 2 см2 - 6%. Щоб продемонструвати потенційне використання в спеціалізованих додатках, виготовили повнорозмірні пристрої, ефективність яких складає 4,76%.
