Organik Fotovoltaics Nasıl Çalışır
Organik fotovoltaikler organik yarı iletkenleri kullanarak fotovoltaik etkiyi kullanır - karbon bazlı molekülleri veya polimerler ışık absorbe edebilir ve elektrik suçlamaları üretirler. fotonlar OPV aktif katmanına saldırdığında, sorumlu ayrılıklar meydana gelen en yüksek meşgul moleküler yörüngelere doğru seyahat ederler.
OPV hücresindeki aktif katman genellikle bir yığın heterokzliktir - nano ölçekli elektron-donor ve elektron-akceptor malzemelerinin bir parçası.Bu mimari, betonsuz dissociasyon için iç mekan alanını en üst düzeye çıkarırken, tam olarak organik malzemelerde yüksek oranda kısadır (yaklaşık 10-20 nanometreler) Ortak bağışçı malzemeler P3HT (poly-3-hexyliophene) veya küçük moleküller gibi komplikeli polimerler içerir.
Cihaz yığını, ZnO veya TiO2 gibi bir elektron taşıma katmanını içerir ve her orta tabaka kritik bir işleve sahiptir: şarj ekstraksiyonu, rekombinasyon kayıplarını azaltma ve bu cihazın stabilitesini geliştirme yeteneği.Bu işleme katmanları, slot kaplaması, baskı ve sprey kaplama gibi ölçeklenebilir üretim yöntemleri sağlar.
Organik Fotovoltaics'in avantajları
Organik fotovoltaikler geleneksel silikon güneş hücrelerine kıyasla farklı bir değer önermesi sunar. Mekanik esnekliği onları kare başına 1 kg'dan daha az ölçeklendirmeye izin verir: bina cepheleri, araç çatıları, hatta tekstil taşımaları ve hatta sabit çatılar üzerinde yükleme yolları açar.
Üretim ekonomisi OPV'leri ölçeklendirmeye teşvik eder. Roll-to-roll üretim süreçleri yüksek devir ve düşük sermaye yoğunluğunda çalıştırılır.Ancak silikon üretimi enerji yoğun arıtma gerektirir, temiz oda ortamlarındaki OPV'lerin her iki enerjide devrilmesini sağlayan ısıtılabilir.
Organik malzemeler ayrıca moleküler mühendislik yoluyla absorbsiyon spektralları da ayarlayabiliyor. bağışçı-akceptor kimyasal yapıları değiştirerek, araştırmacılar belirli dalga dalga dalga dalga dalga dalgalar için özelleştirilmiş ışık, renkli hücrelere sahip olan renkli hücreler, iç aydınlatma koşulları için optimize edilmiş.Bu tür değiştirilebilir güneş hücreleri.
Meydanlar ve Devamlı Araştırma
Zorlu avantajlarına rağmen, OPVs mevcut ticari kabul limitleri sınırlayan gerçek teknik engellerle karşı karşıyadır. Ticari-öldürülebilir modüller genellikle% 5 ila 12 arasında değişir, ancak uzay destekli tesisatlar için% 18 ile% 22 arasında, bu fark düşük ışık koşullarında daralır -OPVs genellikle dışsal aydınlatma altında silikonun altında - ancak standart güneş aydınlatması altında daha fazla watt sunar.
Yaşamspan ve çevre istikrarı ikinci büyük bariyeri temsil eder. Organik moleküler yapılar sürekli oksijene, nemza ve ultraviyole radyasyonuna maruz kalma altında bozulabilir, OPV hücreleri, ilk verimliliğinin% 20'sini aylık bir süre içinde aktif olarak gelişmektedir. Araştırmacılar, 10.000 saat süren operasyondan sonra aktif olarak performans gösteren olumsuz etkilerden dolayı, yüksek çözünürlükte yapılan son çalışma [0)
Laboratuvar hücrelerinden üretim modüllerine kadar uzanmak, ek komplikasyonları ortaya koyar. Küçük ata cihazları (tipik olarak 0.1 cm2) minimum dizi direnç kaybı ve üniforma film oluşumu nedeniyle% 12 verimlilik elde etti. Büyük-area modülleri (yüzlü polimerler cm2), InfinityPV tarafından 8% modüle sahip oldu.
OPV'lerin Dağıtılmış Enerji Sistemlerindeki Rolü
Enerji üretimi, merkezi enerji santrallerinden tüketimin noktasına kadar elektrik üretimini değiştiriyor. Çatı güneş panelleri, topluluk güneş bahçeleri ve arka-tablok batarya sistemleri bu yaklaşımı doğruluyor, bu da iletim kayıplarının% 10 ila 15 kg'ını, pahalı iletim altyapısı yatırımları ve enerji direncini artırıyor. Organiks bu paradigmaları tamamlıyor, çünkü form faktörü ve daha düşük ağırlık tüm çatılarda yapısal endişeleri ortadan kaldırır. Tipik bir konut silikon güneş serisi, 10 ila 15 kg'ı metrekareye ekliyor; OPV eşdeğerleri 1 ila 3 kg ağırlıyor, böylece balkonlar, yükleri, geçici çatıları, geçici çatıları ve geçici çatıları güçlendiriyor.
Kentsel ortamlar belirli fırsatlar sunuyor. Dense şehirler yüksek elektrik talep ediyor ancak geleneksel paneller için güneye dönük çatı alanı kullanıyor. OPVs dikey yüzeylere uygulanabilir: perde duvarları, spandrel panelleri, pencere filmleri ve güneş yanlıları. Bina-integrated fotovoltaiks (BIPV) [BİHA) Renkli bir şekilde depolanabilir, renkli, veya ağır verimlilik kaybı olmadan zeminde% 50 oranındaki yüksek tavanlar ve elektronik aydınlatmalar için yapılan bir çalışma.
Off-grid ve uzaktan uygulamalar OPV'nin taşınabilirliği ve düşük ağırlıkları kullanır. Afet yardımı operasyonları, küçük hacimlere paketler ve kare başına 200 gram ağırlığındaki OPV panellerini Fransa'da elektrik pompası, tıbbi cihaz şarj istasyonları ve acil barınaklar için iletişim ekipmanları dağıtabilir.
Organik Fotovoltaics Uygulamaları
Bina destekli fotovoltaikler, aktif tabaka kalınlığını değiştirerek en ölçeklenebilir pazar olarak OPV'ler için. Cam-integrated OPV modülleri, geleneksel mimari camı alırken elektrik üretmek, elektrik üretmek için geleneksel olarak ayarlandığında,% 10 ila% 60'a kadar ayarlanabilen, Ürün destekli elektronik raflar dahil olmak üzere, akıllı ambalajlar, entegre ekranlarla akıllı ambalajlar ve bu kullanımlar için her biri düşük ışık performansın avantajlarını kullanır -OPV'lar kapalı floresan veya LED aydınlatma (200-1000 lux) altında faydalı bir güç üretir.
Portreatif ve kapalı-grid tüketici ürünleri, başka bir büyüyen segmenti temsil eder. Döküme edilebilir OPV şarj cihazları için silikon tabanlı meslektaşlarından daha az ağırlık verir ve ekstra ile aktif malzemeler seçerek, paneller eksiz yüksek kaliteli ürün gamına dönüştürür.
Geçici ve acil güç sistemleri hızlı dağıtım ve düşük lojistik yükünden faydalanmaktadır. 10 m2 OPV serisi, araç bağlantılarının olmadığı veya henüz kurulamadığı durumlarda, sıfır emisyonlu bir güç kaynağına bağlanır ve araçsız on beş dakika içinde iki işçi tarafından dağıtılabilir.
Smart Grids ve Enerji Depolama ile entegrasyon
Dağıtılmış OPV nesli, mevcut şebeke altyapısı ve depolama sistemleri ile entegre edilmelidir. Çünkü OPV modülleri, ışık yoğunluğu ve sıcaklığına bağlı olarak DC gücünü farklı gerilimlerde üretebilir, maksimum güç noktası takip (MPPT) mikroinverters veya DC-DC dönüştürücüler enerji hasatını optimize eder.
Enerji depolama çiftliği, özellikle de OPV sistemleri için kullanılan OPV sistemleri için önemlidir: OPV nesil zirveleri ile çakışan veya havalimanları ile birlikte bina yönetimi sistemleri, OPV'nin zaman kullanım veya bulut kapakları için% 1'i depolamak için otomatik olarak depolayabilir. Akıllı inverterler, kontrol yazılımları, OPV üretim zaman aralıkları ile çakışmaya dayalı olarak ölçeklendirmek için otomatik olarak optimize edilebilir bir algoritmalar içermelidir. OPV degradları zamanından bu yana (tipik olarak% 2 yıllık verimlilik kaybı için% 1 ila 2 yıllık verimlilik kaybı)
Çevre ve Ekonomik Etki
Yaşam döngüsü değerlendirme çalışmaları sürekli olarak OPV'lerin oda sıcaklığı işlemesi nedeniyle 3 ila 6 ay içinde daha düşük enerji gereksinimleri nedeniyle enerji geri ödemelerini elde ettiğini gösteriyor, metalik beton üretiminden kaçınarak, metalik atıkların ısıtılması veya silikonun yüksek çözünürlükte kullanılması nedeniyle).
ODoğaPV için son yaşam geri dönüşümü hem zorluklar hem de fırsatlar sunar.S.PEDOT gibi küçük miktarlarda aktif malzeme (kampiyonel tabakalar) PEDOT gibi toksik maddeler için yasal olmayan yüzeylere sahiptir. Ancak, şeffaf elektrotlar (ITO) konsantre ürünlerle birlikte, genel ayak izi azaltılabilir ve azaltılabilir.
Ekonomik olarak, OPV'ler silikon panellerin rekabet etmek için mücadele ettiği pazarlara giriyor. Kapalılar, OPV'ler, aksi takdirde boşanmış, kablosuz sensörler ve batarya yedek maliyetlerini ortadan kaldırmak için, OPV'nin ticari bina pilotu, 2.000 OPV destekli çevresel sensörlerin, şarj edici bakım işinin yılda 0,5'e eşit olduğu anlamına gelir. Mimari uygulamalar için, azaltılan yapısal yük, çelik maliyetlerin minimumda 5 dolar tasarruf edebilir ve OPV hücre rengini özelleştirme yeteneğinin değiştirilmesi ve mimarların tasarımlarını özelleştirmesi için gerekli olan bir şekilde değerlendirebilme yeteneğidir.
Future Outlook
Organik fotovoltaikler, laboratuvar verimliliğinin iyileştirilmesi, üretim ölçeklendirme ve pazar doğrulamanın konverilmesine yol açan araştırma grupları tarafından yayınlanan yol haritaları proje modülüne% 15 oranında ulaşan ve% 18'e kadar %18 oranındaki LUM'a göre, pahalı olmayan karışım mimarilerine ulaşabilecek ve geliştirilmiş cihaz arayüzlerine ulaşabileceklerdir.Bu verimlilik seviyelerinde, ölçeklendirmede kullanılan rulolar, ölçeklendirme maliyetleri ve yüksek çözünürlükte elektrik maliyetine sahip olan elektrik (LCOE) sahip olan yüksek çözünürlükte, $ 0,04'e ulaşırken, $ 0,6'ya ulaşırken, güneş ışınlanmış elektrik tasarrufu sağlayan birçok ürün ve yüksek çözünürlükte kullanılabilir.
İki gelişmekte olan üretim paradigması OPV dağıtımını hızlandırabilir. İlki hibrit üretim: OPV hücreleri doğrudan aktif katman ve elektrotlar için baskı ile betonarme katmanları birleştirmektedir. Bu yaklaşım, tüm kanal yöntemlerine göre daha yüksek verimlilik elde ederken, yüksek oranda basılı hücrelerden daha yüksek verimlilik elde eder.İkinci paradigma, OPV hücreleri doğrudan plastik muhafazalar için entegre edilir, hava kaynaklı nesil yüzey mobilyaların havadan dışlanmış yüzeylere kadar.
Politika desteği ve standartlaştırma, ticarileşmede rol oynayacaktır. Birkaç Avrupa ülkesindeki bina kodları yeni inşaatta güneş hazırlığı için gereklilikler içeriyor ve OPV teknolojisini kullanan BIPV ürünleri, tarihi bölgeler veya tasarım koruma için estetik kurallarla uygun olarak karşılayabilir.OPV'ye özel olarak standart test protokolleri - düşük ışık performansı, esnek substrat dayanıklılığı ve dış yaşam süresi dahil - OPV teknolojisi ile ilişkili risk primleri azaltacak - Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) aracılığıyla geliştirilecek.
Dağıtımlı enerji peyzajı çeşitli dağıtım bağlamlarını eşleştirmek için çeşitli güneş teknolojilerine ihtiyaç duyar. Silikon panelleri açık alan kullanımları için açık alan hizmetleri, geçici ve mobil güç için merkezi enerji üretimine devam edecek. Hafifletmeler, esnekliği, düşük ağırlık, mimari entegrasyonu ve düşük ışık performansı olarak, OPV'ler, daha geniş bir enerji ekosisteminde önemli bir tamamlayıcı güneş teknolojisi haline gelmeye devam edecektir.