Повишаване издръжливостта на органичните соларни клетки

Фотоволтаичните клетки, направени от органични съединения, се считат за обещаващи. Тъй като са леки и гъвкави, те са подходящи за много приложения. За да ги направят по-издръжливи, изследователите работят върху подобряването на стабилността на материалите.

Соларните клетки, изработени от силиций, съществуват от около 70 години. Те са и остават ключов градивен елемент за енергийния преход. Соларните клетки, изработени от органични съединения, са съвсем нови в сравнение с тях, но откриват нови възможности за производство на чиста електроенергия. Досега те са постигнали ефективност до 19%. Те са по-леки, изключително тънки и също така гъвкави, поради което могат да се използват по най-различни начини. Нанесени върху прозрачно фолио, органичните соларни клетки в най-различни геометрични форми и цветове могат да се използват в области, за които слънчевите клетки на силициева основа са неподходящи.

Но има и недостатък – органичните соларни клетки досега са имали кратък живот, тъй като се разрушават доста бързо, съобщават изследователи от ТУ Грац. Ето защо досега те са играли по-скоро второстепенна роля на пазара. Сега международната изследователска мрежа OPVStability, ръководена от ТУ Грац с международни партньори от науката и индустрията, иска да проведе изследвания през следващите четири години, за да повиши стабилността на материалите и по този начин да увеличи експлоатационния живот на органичните соларни клетки.

„Има хиляди комбинации от материали, с които можете да произвеждате органични клетки“, казва ръководителят на проекта Грегор Тримел от Института за химическа технология на материалите към Технологичния университет в Грац. „Искаме да разберем кои от тях са най-подходящи: особено дълготрайни и същевременно ефективни по отношение на добива на електроенергия.“ По принцип органичните фотоволтаични клетки имат потенциала да произвеждат електричество на цена, подобна на продуктите на базата на силиций.

На първо място, изследователите съобщават, че е необходимо да се проучат подробно процесите на изветряне на различни потенциално подходящи материали. За тази цел органичните съединения ще бъдат изложени на изкуствена слънчева светлина в лаборатория, а също така ще бъдат тествани при реални метеорологични условия в Европа и в пустинята Негев.

Точният анализ на прогресиращото разграждане е предизвикателство: „Дебелината на органичните соларни клетки е максимум 200 нанометра. За да може да се изолират продуктите от разпадането в тях, са необходими много специални методи и инструменти“, обяснява Тримел. Използват се подходи, основани на изкуствен интелект и машинно обучение, за да се анализират големите количества данни, генерирани при процесите.

Резултатите от изследванията трябва да позволят да се направят подробни заключения относно процесите на химическо изветряне. С тези знания изследователите ще могат да определят по-точно какви трябва да бъдат молекулите, за да издържат по-добре на тези процеси на разпад. В допълнение към практическите тестове се извършват и цифрови симулации на химически съединения, за да се намерят оптимално подходящи материали за следващото поколение органични фотоволтаични клетки.

Изследванията се провеждат в областта на Expertise Advanced Materials Science, един от петте стратегически изследователски фокуса на ТУ Грац.

Снимка: TU Graz