Organik Fotovoltaikler Nedir?

Organik fotovoltaikler (OPVs), katı silikonun wafers'e güvenen geleneksel organik yarı iletkenlerin sınıfını temsil eder, OPV'ye dayanan yarı iletken polimerler veya küçük moleküller, tipik olarak bir elektron bağışçısı polimer ve elektron kabulcü molekülü ve #82'ye dayanan elektron panellerinden farklı olarak, OPV'ler, organik yarı iletkenleri veya plastik, kağıt, veya metal folyolar gibi esnek yüzeylere depolanırlar.

Temel çalışma prensibi, bir foton organik yarı iletken tarafından absorbe edildiğinde, elektrotlardan en düşük işlenmiş moleküler yörüngeye kadar, sıkı bir şekilde sıkı bir şekilde beton oluşturmak ve aktif tabakanın bu morfolojisi kritik bir cihaz performansına sahiptir.

Organik fotovoltaikler alanı, ticari uygulamalar için en iyi araştırma-Cell Verimliliği Planı [FLT) tarafından bir Bikat OPV'nin ilk gösteriminden bu yana önemli ölçüde gelişmiştir.Bugün, laboratuvar ölçekli OPV hücreleri% 19 verimlilikten daha fazla ilerlemeye devam ediyor ve araştırma, ticari uygulamalar için daha da yaklaşarak devam ediyor.TheurFLT:0).Ulusal Enerji Laboratuvarının En İyi Araştırma-Cell Verimliliği Planı)

OPVs Silikon Güneş Hücrelerinden Nasıl Differ

Silikon fotovoltaikler, dünya çapında kurulu modüllerin% 95'inden fazlası için güneş endüstrisine hükmedmiştir. Kristal silikon hücreleri laboratuvar ayarlarında %26'dan fazla verim elde eder ve minimum bozulma ile 25 ila 30 yıl operasyonel yaşam sürelerini korur. OPVs, aksine, düşük maliyetli üretim ve mekanik esneklikte temel olarak düşük maliyetli bir şekilde ortaya çıkmaktadır.

Silikon hücreleri yüksek sıcaklık işleme, vakumlama ve temiz oda koşulları gerektirir, sermaye maliyetleri yukarı doğru sürebilir. OPVs bu üretim avantajlarını, daha sonraki üretim koşullarındaki uygulamaları, geleneksel panellerin pratik olarak kısıtladığı gibi tanır.

Başka bir temel fark ışık absürtüsünde yatıyor. Silikon, yüksek absorpsiyon katları ile doğrudan bantgapsiyonunu kullanıyor, bu da çoğu olayı yakalamak için 100 ila 300 nanometers kalınlığı gerekiyor.Bu fark, o zaman yarı transmibebezi ve camları oluşturmak için yarı transkriptli, silikonun yüksek çözünürlükte açık uygulamaları oluşturabilir.

Organik Fotovoltaics'in temel avantajları

OPV'lerin avantajları üretim, dağıtım ve son kullanım senaryoları boyunca genişletilir. Organik yarı iletkenlerin eşsiz fiziksel ve kimyasal özelliklerinden ve mümkün olan işleme yöntemlerinden her fayda kökleri.

Mekanik Flexability ve Form Faktör

Organik yarı iletkenler, polietilen terephthalate veya polietilen pezenfekteli peçeteler gibi plastik yüzeylere depolanabilirler, su ürünleri, araç vücut panelleri ve taşınabilir elektronikler üzerinde yapılan uygulamalarla uyumlu hale getirilebilir. Araştırmacılar OPV'ler kağıt, kumaş ve hatta yaprak şeklinde substratlar üretebilir, tarımda uygulamalar önerirler, akıllı paketlemeler, akıllı paketlemeler ve akıllı paketlemeler, akıllı paketlemeler ve kullanılabilir güç kaynaklarına entegre edilebilir.

Hafif İnşaat

Aktif organik katmanlar, her kilo yükleme aralığı veya dayanıklılık gibi uygulamalar için az ağırlıkta olduğundan, OPV modülleri, kare başına birkaç yüz gram kadar ağırlayabilir.Bu düşük ağırlık, drone, elektrikli araçlar ve taşınabilir askeri ekipman gibi uygulamalar için kritiktir.

Low-Cost Manufacturing

Çözümden organik yarı iletkenleri işleme yeteneği, OPV modülü maliyetlerin bir kez üretim ölçeklerine ulaşmasına olanak sağlar ve bugün kristal silikon için yaklaşık 0,20 $ 'a kıyasla, üretim için enerji girişi gerekli olan son teknolojik analiz projesi OPV modülü maliyetlerin daha kısa ömürler ve potansiyel olarak daha düşük verimlilik için hesap verebilir.

Tunable Optoelektronik Özellikleri

Organik kimyagerler, iç aydınlatmanın spektral yapısını değiştirebilir ve şarj edilebilirliği artırılabilir ve OPV'lerin kapalı veya diffüz ışık gibi belirli aydınlatma koşulları için tasarlayabilmelerine olanak sağlar. Örneğin, OPVs kapalı aydınlatma için optimize edilmiş % 26'nin üzerinde LED aydınlatmaya sahip, onları binalarda Nesnelerin İnterneti ve akıllı cihazlar için çekici hale getirmelerine olanak sağlar.

Semitransparency ve Color Customization

Aktif tabakanın kalınlığı ve kompozisyonunu kontrol ederek, OPVs, nötr veya uygun renkli tonlarla yarı zamanlı olarak yapılabilir. Bu özellik, bina tarafından yapılan fotovoltaikler için özellikle değerlidir, estetik düşünceler genellikle kabul edilebilir. mimarlar yarıtransbeveybe OPVs'leri pencerelere, gök ışıklarına ve perde duvarlarına dahil edebilir, doğal gün ışığı ve görsel konfor sağlarken elektrik üretebilir.

Mevcut Sınırlar ve Teknik Meydanlar

Bu avantajlarına rağmen, OPVs yaygın ticarileşmeden önce üstesinden gelmek gereken önemli engellerle karşı karşıyadır. Üç en acil zorluk, güç dönüşüm verimliliği, operasyonel istikrar ve ölçeklenebilirliktir.

Verimlilik Eksileri

Tek bir gereklilik için en yüksek bildirilen güç dönüşümleri, standart AM1.5G aydınlatması altındaki OPV'lerin yaklaşık% 19 ila% 19'u, kristal silikon ve % 47'yi çok fazla ayırma koncentratörü hücreleri için kıyasladığını iddia ediyor. Teorik modeller, tek kullanımlık OPV'lerin% 25 ila 27'ye kadar verimli bir verimlilike sahip olduğunu, ancak bu maliyetle karmaşık ve tüm tek kullanımlık güneş hücreleri ile sınırlı olduğunu gösteriyor.

Silikona göre verimlilik boşluğu daralıyor, ancak ticari üretimdeki OPV modülleri genellikle küçük laboratuvar hücrelerinden büyük çaplı modüllere kadar ölçeklendirme sırasında meydana gelen önemli kayıplarla elde ediliyor.

Operasyonel Stability ve Lifespan

Organik malzemeler oksijen, nem, ultraviyole radyasyon ve termal stresden inme konusunda doğal olarak hassastır.Apert APV'ler, silikon endüstrisindeki 25 yıllık garantilerin standartlarını yeterince azaltmaktadır.

İnme mekanizmaları karmaşık ve birbirine bağlı. Fotoğraf-oxidasyon, polimer geri kemiğini kırıyor, 15 yıldan fazla operasyonel yaşamlarda morfolojik değişiklikler azaltırken, Doğa Enerjisinde yayınlanan karşıtlıklarla ilgili olarak yapılan dışsal tepkiler, gereksiz yere istikrarlı moleküler yapılarda gelişen bariyer tabakaları yaratabilir ve her ikisinde de operasyonel yaşam süresini uzatmaya yardımcı olur.

Scalability and Manufacturing Consistency

Laboratuvar spin kaplı hücrelerinden ölçeklendirme, genellikle sadece bölgede birkaç kare milimetre, rulo açma-toplayıcı modüller, kare metre kareler önemli mühendislik zorlukları sunar.Döneme sırasında morfolojiyi kontrol etmek ve büyük alanlardarodnamaz elektrik performansı sağlamak, hassas işlem kontrolü gerektirir. Slot-die kaplama ve kaplama baskı baskısını göstermek için, ancak hata kesiciler silikon üretiminde elde edilenlerden daha yüksek kalır, üretim hacmini ve performansını sınırlandırır.

Malzeme ve sürdürülebilirlik

Birçok yüksek performanslı OPV materyali, düşük veya toksik elementlere güveniyor, ancak daha az kabaklı film teknolojileri örneğin kadiyum telluride. Indium tinoxy, standart şeffaf elektrot materyali, henüz tam olarak anlaşılmıyor ve bu teknolojiyle ilişkili olarak alternatifler geliştiriyor.

Araştırma Frontiers Araba İlerleme

OPV araştırma topluluğu, birçok cephede sınırları zorlamaya devam ediyor, malzemeler kimyadan teknoloji üretimine kadar fizike güç vermeye devam ediyor.

Doğru olmayan Kabuller

OPV araştırmalarında son on yılda en dönüştürücü ilerlemeler olmuştur. Tamerene tabanlı kabultörlerden farklı olarak, görünür spektrum ve zayıf morfolojik stabilitede, Y6 ve türevleri gibi güçlü olmayan enerji seviyelerini ve yüksek paketleme özelliklerini içeren cihazlar, Y6'yı içeren ve analiz edilen cihazların %18'i aştı.

Tandem ve Multijunction Architectures

Tandem OPVs, iki veya daha fazla alt hücreyi tamamlayıcı absürtselleştirme kayıpları azaltmak ve genel gerilimi artırmak için tamamlayıcı bir Tandem tasarımı çiftleri çok bantlı ön hücre (absorbing mavi ve yeşil ışık) en dar bantlı bir cep telefonu ile (absorbing kırmızı ve yakın ışık) gösterir. Tandem OPVs, laboratuvar ayarlarında% 19'un üzerinde% 19 oranında geniş çaplı efficiliğe sahiptir ve simülasyonlar, optimize edilmiş üçlü-kümantasyon mimarisinin% 25 yaklaşımının% 30'a kadar yaklaşabileceğini önerir.

Encapsulation and Barrier Technology

OPV ömürlerini genişletmek oksijen ve su buharının ingremesini önlemek için encaplar gerektirir. Geleneksel cam encaplar, mükemmel bariyer özellikleri sağlar, ancak OPV'lerin esnekliğini sağlar. / gün, OPV'leri yıllardır korumak için yeterli Atom tabakaları ve organik polimerler, özellikle etkili koruma sağlar ve bu dayanıklılık sistemlerini azaltmaya devam eder.

Büyük-Area İmalat Teknikleri

Laboratuvar spin-coating to Industrial-scale deposition, sağlam, yüksek kodlu yöntemler gerektirir. Slot-die kaplama şu anda OPV üretimi için en yaygın olarak incelenen tekniktir, çünkü tasarım-öğrenme yaklaşımları ve makine öğrenimi ile uyumlu olarak, en iyi redüksiyon parametrelerinin yeni materyal sistemleri için tanımlanmasını sağlar.

Makine Öğrenme ve Yüksek-Throughput Ekran

Organik yarı iletkenler için kimyasal alan çok geniştir, milyonlarca potansiyel moleküler yapı ile.Profesyonel öğrenme modellerini kullanarak, enerji seviyelerini, absorpsiyon spektralleri ve şarj hareketliliği gibi olanakları hızla tahmin edebilir ve en umut verici adaylara yönelik deneysel çabaları yönlendirebilir. Otomatik sentez ve karakterizasyon platformları, geleneksel yaklaşımlar tarafından gerekli olan süreyi belirlemek için tasarlanmıştır.

Uygulamalar ve Pazar Potansiyel

OPV'lerin özel özellikleri, geleneksel silikon panellerinin uygun olmadığı açık uygulamalardır, ya ağırlık, katılık, görünüm veya maliyet kısıtlamaları nedeniyle.OPVs, yakın vadede silikonu dağıtmazken, bina entegrasyonunda büyüyen bir niş işgal ederler, tüketici elektronik ve uzmanlık uygulamaları.

Bina-Integrated Photovoltaics

OPVs çatı membranları üzerine değiştirilebilir, cam cephelere dahil edilebilir veya mimari tekstillere baskı yapılabilir. Avrupa Komisyonu Ufuk 2020 programı, binayı kullanan birkaç büyük ölçekli gösteriyi finanse etti, bu sistemlerin anlamlı miktarda elektrik üretebilir, çünkü oPV pencereleri özel bir söz veriyor, çünkü onlar enerji tedarik ederken kızılötesi radyasyonu engelleyebilirler.

İç ve Nesnelerin İnterneti

Kapalı ışık hasat, OPVs için en ticari olarak uygulanabilir olan uygulamalardan biridir. Organik hücreler, yapay aydınlatma spektrumunu eşleştirerek, Heliatek ve InfinityPV dahil olmak üzere birkaç şirket zaten pazarlama OPV modülleri iç ve IoT uygulamaları için idealdir.

Portatif ve Giyilebilir Elektronik

OPV'lerin esnekliği ve düşük ağırlığı onları kıyafet, sırt çantaları ve taşınabilir şarj cihazları için doğal adaylar yapar. esnek OPV modülü, açık aktiviteler sırasında bir akıllı telefona sahip olabilir, hafif bir rulo veya felaket rahatlama için acil bir güç sağlayabilir. Askeri, OPV'lere taşınabilir elektronik ve sensörler için ilgi gösterdi.

Tarım ve Çevre Uygulamaları

Agrivoltaics — OPV'nin diğerlerinden elektrik geçişi için bazı ürünlerin iyileştiğini gösterdi. Benzer şekilde, OPV'lerin potansiyel olarak aktif radyasyona yol açması için seralarda kullanılabiliyor.

Elektrikli Araçlar ve Drones

Otomotiv endüstrisi, araç çatılarına entegrasyon için OPV'leri araştırıyor, vücut panellerini iklim kontrolü, bilgi sistemleri ve batarya şarj sistemleri için yardımcı bir güç sağlamak için kullanılmaktadır. Güç üretilen mütevazı ve #8212; özellikle de araç yüzeyindeki yüzlerce watt'a bağlı olarak onlarca ila yüzlerce watt; OPV'nin kentsel koşullarda anlamlı bir şekilde genişleyebilir.

Yol İleri: Ekonomi ve Ticarileştirme

OPVs için ticarileştirme yörüngesi, verimlilik, istikrar ve üretim maliyetinde sürekli iyileştirmelere bağlıdır. Birkaç şirket, Almanya'daki Heliatek dahil olmak üzere pilot veya erken ticari seviyelere ölçeklenmiş, Danimarka'da InfinityPV ve Nikola Tesla teknolojileri, bu tür üreticilerin kurulumunun doğrudan fayda ölçekli pazarda silikonla rekabet etmesini engelleyen hafif bir film yapıştırıcısı. HeliaSol ürünü, örneğin, bina cepheleri ve çatıları yeniden inşa etmek için tasarlanmış hafif bir film yapıştırıcısı.

Ekonomik modeller, OPV'lerin elektrik seviyesinin yüksek maliyetinin yaklaşık 0,10 $ 'ın altında olduğu zaman rekabetçi hale geldiğini ve bu hedeflere 10 yıldan fazla bir süre içinde üretim maliyetlerinin arttığını gösteriyor.

Politika desteği ve düzenleyici çerçeveler kabul edilebilir. Feed-in tarifeleri, yerinde üretim gerektiren bina kodları ve tüm pazarı OPV ürünleri için ödüllendiren yeşil bina sertifikasyon programları ek olarak, elektronik atık azaltımı gerektiren genişletilmiş üretici sorumluluk düzenlemeleri, daha hafif, daha az toksik güneş teknolojilerinin kullanımını teşvik edebilir.

Daha ileri bakmak, OPVs uzay uygulamalarında rol oynayabilir, yüksek özel güç ve radyasyon toleransı avantajlıdır. Avrupa Uzay Ajansı, OPV modüllerini Uluslararası Uzay İstasyonunda test etti ve düşük Dünya yörüngesi altında umut verici stabiliteyi işaret ediyor.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Organik fotovoltaikler yenilenebilir enerji alanında farklı bir pozisyon işgal eder. Polimerlerin büyük ölçekli enerji santrallerinde silikon güneş panelleri yerine getirmeyecekler, ne de esneklik, ışık ağırlığı, yarıtransparency ve düşük maliyetli üretimler belirleyici avantajlardır. malzeme bilimi ilerledikçe operasyonel sınırlara doğru effici maliyetlere yol açacaktır, OPV'ler, güneş enerjisinin sürdürülebilir bir enerji sistemine genel katkısını genişletemezler.

Son on yılın ilerlemesi, büyük ölçüde araştırma ve geliştirmedeki yatırımın gelişimi tarafından yönlendirildi ve geliştirilmiş cihaz mimarisi, özellikle uzun vadeli güvenilirlikleri ve daha önce pratik olmayan büyük ölçekli üretimlere ulaşmada önemli ölçüde olumlu oldu.Bu nedenle, güneş enerjisinin daha fazla yönlü, erişilebilir ve ubiyan bir teknoloji için değiştirilmesi mümkün olan yenilenebilir enerji için küresel geçişin hızlandırılmasında yardımcı olacak.