Zaawansowane organiczne ogniwa słoneczne
Pierwsza generacja urządzeń słonecznych, przekształcających energię Słońca w elektryczność, była oparta na krystalicznych materiałach krzemowych. W urządzeniach drugiej generacji stosowane są technologie cienkowarstwowe. Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne (TFSC) wytwarzane się poprzez osadzanie na podłożu cienkiej warstwy wysoce światłoczułego nieorganicznego materiału półprzewodnikowego, takiego jak tellurek kadmu (CdTe), krzem amorficzny (a-Si) lub związek miedzi, indu, galu i selenku (CIS/CIGS). Jednakże wysokie koszty materiałów i produkcji obu tych półprzewodnikowych systemów utrudniają ich powszechne zastosowanie. W trzeciej generacji, wciąż jeszcze znajdującej się na etapie prac laboratoryjnych, wykorzystano nowatorskie materiały, koncepcje urządzeń i metody wytwarzania technologii TFSC, aby obniżyć koszty i zwiększyć wydajność. Polimerowe (organiczne) ogniwa słoneczne i systemy hybrydowe (organiczne polimery — nieorganiczne nanocząstki) dają nadzieję na zmniejszenie kosztów, ponieważ nadają się do wytwarzania nowoczesnymi metodami, takimi jak przetwarzanie roll-to-roll (R2R). W ramach projektu LARGECELLS (Large-area organic and hybrid solar cells) europejskie konsorcjum opracowało szereg łączonych polimerów do zastosowania jako systemy donorów i akceptorów w organicznych ogniwach słonecznych trzeciej generacji. Optymalizacja w skali laboratoryjnej pozwoliła na dwukrotne zwiększenie sprawności konwersji energii (PCE) pojedynczego urządzenia łączącego donor/akceptor do wartości 7,4%, przy 4% PCE osiąganej w drukowanym urządzeniu R2R. Ogniwa słoneczne polimerowo-fulerenowe (nanowęglowe) z połączeniem podwójnym i potrójnym mają współczynnik PCE wynoszący odpowiednio 8,9% i 9,6%. Ponadto naukowcy zastąpili drogie ITO przejrzystą siatką metalową oraz grafitową, nie pogarszając przy tym przesyłu ani przewodności. Podczas prac mających na celu przystosowanie ogniw do technologii R2R, zbadano szereg potencjalnych technik, w tym sitodruk i druk atramentowy. Szczególną uwagę przyłożono nie tylko do integralności i funkcjonalności warstwy aktywnej, ale także do budowy srebrnej elektrody, która ma kluczowe znaczenie dla wydajności. Organiczne ogniwa PV są wrażliwe na tlen i wodę, dlatego badano szereg technologii laminacji, które mają zwiększyć ich trwałość. Zainstalowano aparaturę do badania stabilności, aby ocenić zarówno normalne warunki pracy (na zewnątrz budynków), jak i przyspieszone starzenie się wewnątrz budynków. Włożono dużo wysiłku w rozpowszechnianie informacji o tej przełomowej technologii za pośrednictwem mediów oraz kanałów naukowych. Dzięki nowym materiałom do organicznych i hybrydowych TFSC nadających się do przetwarzania metodą R2R, projekt LARGECELLS powinien przyczynić się do znaczącej poprawy sprawności i obniżenia kosztów ogniw słonecznych. Oznacza to, że czysta energia słoneczna stanie się realną alternatywą dla aktualnie dominującej produkcji energii elektrycznej wytwarzanej w oparciu o paliwa kopalne.
Słowa kluczowe
Organiczne ogniwa słoneczne, fotowoltaiczne, cienkowarstwowe ogniwa słoneczne, hybrydowe ogniwa słoneczne, technologia R2R
