Nowy polimer zapewnia organicznym ogniwom słonecznym wydajność bliską 20% przy jednej piątej kosztów

Naukowcy z Uniwersytetu Zhengzhou zaprezentowali na stronie https://link.springer.com/article/10.1007/s11426-024-2563-0 niedrogi polimer, PTQ15, który napędza organiczne ogniwa słoneczne (OSC) do certyfikowanej sprawności konwersji energii na poziomie 19,96 procent - bezprecedensowej wartości dla niedrogich materiałów organicznych. Ten postęp przybliża OSC do komercyjnej rentowności przy jednoczesnym zachowaniu lekkości i elastyczności, które sprawiają, że technologia ta jest atrakcyjna.

Produkcja PTQ15 kosztuje około 35 528 USD za kilogram, co stanowi około jedną piątą ceny uznanych "gwiazdorskich" polimerów PM6 i D18, których cena przekracza 200 000 USD za kilogram. Takie oszczędności wynikają z usprawnionej trzy- lub czteroetapowej syntezy, która zapewnia wydajność powyżej 80 procent, znacznie obniżając koszty materiałów i produkcji.

Układy OSC wyprodukowane przy użyciu PTQ15 i akceptorów K1/K6 ustanowiły nowy wzorzec wydajności na poziomie 19,96 procent. Pomiary wykazały ultraszybki transfer ładunku w zaledwie 1,40 pikosekundy i minimalną nieradiacyjną utratę energii wynoszącą 0,190 elektronowolta - liczby, które odzwierciedlają wydajną dysocjację ekscytonów i zmniejszone straty termiczne.

Urządzenia przetwarzane na otwartym powietrzu przy 25-procentowej wilgotności względnej nadal osiągały 19,37% wydajności. W badaniu oszacowano minimalny zrównoważony koszt na poziomie 0,36 USD za wat, co plasuje te OSC w niewielkiej odległości od konwencjonalnych krzemowych ogniw fotowoltaicznych w stosunku ceny do wydajności.

Kolejne kroki koncentrują się na przekroczeniu 20-procentowego progu wydajności poprzez udoskonalenie par donor-akceptor i morfologii folii. Jeśli PTQ15 odniesie sukces, może przenieść OSC z prototypów laboratoryjnych do głównego nurtu rozwiązań energetycznych, dostarczając ekonomiczną, lekką i elastyczną energię słoneczną do szerszego zakresu zastosowań.