Oto nowy rodzaj paneli fotowoltaicznych. Rozwiązują duży problem tych dostępnych na rynku
Technologia polimerowych ogniw fotowoltaicznych jest polem niezwykłych osiągnięć naukowych. Łączy procesy zachodzące na poziomie molekularnym z organicznymi polimerami nowej generacji. Takie podejście eliminuje potrzebę stosowania toksycznych rozpuszczalników halogenowych w produkcji ogniw słonecznych. To zwiększa ich wydajność i poprawia stabilność produkowanej przez nie energii.
Wyniki najnowszych badań, których autorami są naukowcy z Narodowego Uniwersytetu Gyeongsang w Korei Południowej, podkreślają zalety tzw. łańcuchów bocznych, opartych na substancji o nazwie glikol oligoetylenowy. To stanowi bardzo istotny krok ku produkcji energii elektrycznej przy użyciu światła słonecznego, która będzie przyjazna środowisku.
Polimerowe ogniwa fotowoltaiczne
Oparte na polimerach ogniwa fotowoltaiczne są bardzo cenione ze względu na swój niewielki ciężar i elastyczność. To sprawia, że są idealne dla urządzeń przenośnych. Jednak obok zalet posiadają one jedną istotną wadę. Przy ich produkcji używane są toksyczne rozpuszczalniki halogenowe. Są one zagrożeniem dla środowiska i ludzkiego zdrowia.
Alternatywne, mniej toksyczne substancje, które mogłyby być stosowane jako rozpuszczalniki, wymagają wyższych temperatur, a także dłuższego okresu przetwarzania. To oczywiście, zwiększa koszty produkcji ogniw polimerowych. W związku z tym badacze starają się opracować nowe metody produkcji, które nie wymagałyby stosowania rozpuszczalników halogenowych, a jednocześnie skutkowałyby wydajnymi ogniwami fotowoltaicznymi.
Sposobem na to ma być poprawa interakcji molekularnych, poprzez zastosowanie inżynierii łańcuchów bocznych. Jak tłumaczy profesor z Narodowego Uniwersytetu Gyeongsang, Yun-Hi Kim:
Na morfologię mieszanki donorów polimerowych i akceptorów małych cząsteczek duży wpływ mają ich interakcje molekularne, które można określić za pomocą energii między materiałami donora i akceptora. Gdy ich wartości napięcia powierzchniowego są podobne, oczekuje się, że owe energie i interakcje molekularne między donorami i akceptorami będą korzystniejsze.
Więcej o najnowszych osiągnięciach w dziedzinie zielonej energii przeczytasz na Spider's Web:
Inżynieria łańcucha bocznego
Na czym polega inżynieria łańcucha bocznego? Chodzi tu o dodanie do głównego łańcucha cząsteczki specjalnej grupy chemicznej, zwanej łańcuchem bocznym. Naukowcy zaprojektowali w tym celu specjalne donory polimerowe na bazie benzoditiofenu z łańcuchem bocznym (OEG), węglowodorowymi łańcuchami bocznymi lub łańcuchami bocznymi, które składały się w 50% z węglowodorów i 50% z OEG.
Okazało się, że taki zabieg doprowadził do lepszej wydajności konwersji energii w polimerowych ogniwach słonecznych z łańcuchami bocznymi opartymi na OEG. Ponadto, ogniwa takie charakteryzowały się większą stabilnością termiczną. To ważne, bowiem utrzymywanie stałej temperatury ogniw jest bardzo istotnym czynnikiem, który ma wpływ na ich wydajność.
W ramach badań naukowcy podgrzali nowe ogniwa do temperatury 120 st. Celsjusza, a następnie porównali wydajność konwersji energii różnych rodzajów paneli fotowoltaicznych. Po 120 godzinach ogrzewania, polimery z węglowodorowymi łańcuchami bocznymi utrzymały jedynie 60 proc. początkowej wydajności konwersji energii. Natomiast mieszanka węglowodorów i OEG zachowała aż 84 proc. swojej początkowej wydajności konwersji energii.
To stanowi cenną wskazówkę, w jakim kierunku powinni podążać naukowcy. Jeśli dalsze prace okażą się równie owocne, już wkrótce może nas czekać nowa era polimerowych ogniw fotowoltaicznych.
