Исследователи создали полупрозрачные органические фотоэлектрические модули с эффективностью 9% и площадью апертуры 210 см²

Купить аккумулятор Challenger A12-200

Исследователи под руководством Fraunhofer ISE изготовили полупрозрачные органические фотоэлектрические модули площадью 210,25 см2 с помощью щелевого покрытия. Модуль best достиг 9,3% эффективности преобразования энергии, 43,2% среднего коэффициента пропускания в видимом диапазоне и 4,0% эффективности использования света, демонстрируя многообещающую масштабируемость для производства от рулона к рулону.

Полупрозрачный органический модуль, созданный Институтом Фраунгофера ISE

Исследовательская группа из Германии и Австрии успешно изготовила полупроницаемые органические фотоэлектрические модули (STOPV) с площадью апертуры 210,25 см².

Модули STOPV оснащены задним электродом, отражающим ближний инфракрасный свет, и верхним электродом без использования металлов. Ранее в лабораторных ячейках таких устройств коэффициент использования света (LUE) достигал 6 %, но при масштабировании до более крупных модулей производительность обычно существенно снижалась.

«Новизна нашей разработки заключается в инновационном стеке солнечных элементов, а также в успешном масштабировании до модулей площадью более 200 см2», — сказал автор исследования Ули Вюрфель в интервью. «По-настоящему удивительным был тот факт, что мы смогли перейти от ячеек с малым количеством слоев к модулям с большим количеством слоев на площади более 200 см2 практически без потери производительности».

Для изготовления больших модулей STOPV исследователи использовали стеклянные подложки размером 16 × 27,5 см² и создали 116 монолитно соединенных полос ячеек шириной 1,25 мм каждая.

Ячейку изготавливали с использованием стеклопластика|диоксида титана (TiO₂)|диоксида кремния (sio₂)|диоксида титана (tio₂)| оксида цинка, легированного алюминием (AZO)|серебра (Ag)| оксида цинка, легированного алюминием (AZO)|оксида цинка (ZnO)|PV-X Plus| поли (3,4-этилендиокситиофена) (стиролсульфоната) (PEDOT) (HTL-X)| поли (3,4-этилендиокситиофена) (стиролсульфоната ) (PEDOT) (SCA2003).

Стекло служило подложкой, а слои TiO₂ и SiO₂ образовывали оптическую диэлектрическую стопку. Слои AZO | Ag | AZO представляли собой прозрачный электрод, отражающий в ближней инфракрасной области (БИК), а ZnO служил слоем для переноса электронов. Органическим поглотителем был PV-X Plus. PEDOT:PSS служил слоем для переноса дырок (HTL), а PEDOT:PSS (SCA2003) — верхним электродом без использования металлов.

Задний электрод был нанесен методом напыления, а электронно-транспортный слой из оксида цинка, поглотитель PV-X и два слоя PEDOT:PSS — методом нанесения через трафарет. Для формирования слоев и монолитного последовательного соединения использовались три этапа лазерной гравировки, после чего модули были отжигом при температуре 110 °C в течение 10 минут. Изготовленные модули прошли тестирование по току-напряжению (I–V) при различной интенсивности освещения, измерения оптического пропускания и отражения, а также анализ дефектов с использованием термографии с фиксированным освещением (ILIT) и электролюминесценции (EL).

Кроме того, отдельно проводились испытания на долговременную стабильность жестких модулей размером 11,4 см2, изготовленных на стеклянных подложках с распределенным брэгговским отражателем (DBR), которые выдерживались при непрерывном освещении более 1000 часов. Отдельные гибкие модули площадью 11,4 см², изготовленные на подложках из полиэтилентерефталата (ПЭТ) с электродами DBRflex, подвергались испытаниям на изгиб до 1275 циклов вокруг стержня диаметром 15 мм.

Тестирование показало, что модуль с наибольшим уровнем яркости 4,0% был достигнут при толщине фотоактивного слоя 60 нм, что позволило достичь эффективности преобразования мощности 9,3% и среднего коэффициента пропускания в видимом диапазоне (AVT) 43,2%. Гибкие ячейки меньшего размера обеспечивали среднюю яркость 4,1%, КПД 7,9% и AVT 52,1%.

«Следующие шаги — дальнейшее улучшение визуальной передачи и внедрение этих результатов в технологию поточного производства, — сказал Вюрфель. — При этом методы нанесения, использованные в этой работе, остаются прежними (т. е. напыление для отражающего электрода в ближнем инфракрасном диапазоне и нанесение через трафарет для всех остальных слоев), но подложка гибкая, а процесс нанесения покрытия непрерывный.»

Модуль был представлен в статье «На пути к масштабируемой полупрозрачной органической фотовольтаике: модули площадью 210 см2 с покрытием Slot-die, пропускающие до 50 % видимого света и имеющие коэффициент использования света до 4 %», опубликованной в Joule. В исследовании приняли участие ученые из Института систем солнечной энергии Фраунгофера ISE в Германии, Фрайбургского университета и Инсбрукского университета в Австрии.