เทคโนโลยีใหม่ทำให้ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์เพิ่มขึ้นถึง 20.4% และมีความทนทาน 2,000 ชั่วโมง

กลยุทธ์การล็อกโมเลกุลใหม่มีแนวโน้มที่จะเอาชนะความท้าทายด้านประสิทธิภาพ ความเสถียรภาพ และความสามารถในการขยายตัวของเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์ (OSC) เซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์ให้ทางเลือกที่เบาและยืดหยุ่นซึ่งเป็นทางเลือกที่ใช้คาร์บอนแทนที่วัสดุซิลิกอน และมีศักยภาพในการใช้งานเชิงพาณิชย์ที่กว้างขวาง อย่างไรก็ตาม เซลล์เหล่านี้มีชั้นที่ละเอียดซึ่งมักจะเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วภายใต้ความร้อนสูงและแสงแดดที่ต่อเนื่อง ทีมวิจัยจากสถาบันวิจัยวัสดุและวิศวกรรมแห่งสถาบันวิทยาศาสตร์จีน (NIMTE) มุ่งมั่นที่จะแก้ไขปัญหาความเสถียรนี้ โดยใช้กลยุทธ์การล็อกโมเลกุลเพื่อยึดชั้นเซลล์แสงอาทิตย์ที่ละเอียดไว้อย่างมั่นคง

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กลยุทธ์นี้ได้นำชั้นกลางที่ออกแบบมาเป็นพิเศษเข้ามาเพื่อยึดวัสดุเซลล์แสงอาทิตย์ทางเคมีไว้กับอิเล็กโทรด โครงสร้างนี้สร้างพันธะโมเลกุลที่แข็งแกร่งขึ้น ซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานและความทนทานในระยะยาว เหมาะสำหรับแผงขนาดใหญ่

เทคโนโลยีใหม่เพิ่มประสิทธิภาพและความเสถียรภาพ

ตามที่ระบุในเอกสารวิจัย เราได้บรรลุประสิทธิภาพขนาดเล็กที่ 20.4% และประสิทธิภาพโมดูลที่พื้นที่ใช้งาน 18.8% เพื่อให้เข้าใจการพัฒนานี้ จำเป็นต้องเข้าใจว่าทำไมเซลล์แสงอาทิตย์แบบยืดหยุ่นจึงล้มเหลว เซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์ใช้ฟิล์มโมโนเลเยอร์ที่ประกอบขึ้นเอง (SAM) ที่บางมากเพื่อดึงดูดแสงแดด ฟิล์มเหล่านี้ถูกวางบนอิเล็กโทรดใส การเชื่อมต่อระหว่างอิเล็กโทรดกับฟิล์มอินทรีย์นั้นมีความลื่นมาก ในอุณหภูมิสูงและแสงสว่างที่ต่อเนื่อง พันธะเคมีจะเลื่อนและแยกออก ทำให้ชั้นหลุดออก และในที่สุดทำให้เซลล์ล้มเหลว นี่เป็นปัญหาสามประการสำหรับผู้เชี่ยวชาญด้านเซลล์แสงอาทิตย์: การหาสมดุลที่ดีที่สุดระหว่างประสิทธิภาพสูง ความเสถียรภาพในระยะยาว และความสามารถในการขยายตัวเชิงพาณิชย์

จนถึงปัจจุบัน การปรับปรุงหนึ่งในตัวชี้วัดมักหมายถึงการเสียสละตัวชี้วัดอื่น

การทดสอบความทนทานแสดงผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยม

เพื่อเสริมสร้างพื้นผิวเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีปัญหามากมาย ทีมวิจัย NIMTE ได้แทรกชั้นกลางที่บางมากซึ่งทำจากคลอรีนอินเดียม ซึ่งชั้นนี้จะเกิดปฏิกิริยาทางความร้อนในบางจุด กระบวนการนี้ขับไล่คลอรีนไอออนที่หลวมออกไป และสร้างเครือข่ายที่หนาแน่นซึ่งประกอบด้วยพันธะของอินเดียม ออกซิเจน และฟอสฟอรัส เครือข่ายทางเคมีนี้ทำหน้าที่เป็นการยึดเกาะที่แข็งแกร่ง ทำให้โมเลกุลของเซลล์แสงอาทิตย์ถูกล็อกไว้อย่างมั่นคง แทนที่จะปล่อยให้มันติดอยู่หลวม ๆ

เมื่อทำการทดสอบความทนทานกับวัสดุ การให้ความร้อนวัสดุจะกระตุ้นปฏิกิริยาเคมี ขจัดคลอรีนไอออนที่หลวมออกไป และสร้างพันธะที่แข็งแกร่งระหว่างอินเดียม ออกซิเจน และฟอสฟอรัส กระบวนการนี้สร้างเครือข่ายป้องกันที่ทนทานบนพื้นผิว ชั้นใหม่ที่สร้างขึ้นจะยึดวัสดุเซลล์แสงอาทิตย์ไว้อย่างแน่นหนา ซึ่งช่วยปรับปรุงความเสถียรภาพโดยรวมอย่างมาก นักวิจัยได้ระบุในข่าวประชาสัมพันธ์ว่า "ชั้นกลางกระตุ้นการแลกเปลี่ยนลิแกนด์ สร้างเครือข่ายพันธะที่แข็งแกร่งของอินเดียม-ออกซิเจน-ฟอสฟอรัส ซึ่งถูกล็อกไว้อย่างหนาแน่นและสม่ำเสมอ" กลยุทธ์นี้ได้เพิ่มประสิทธิภาพในทุกตัวชี้วัดที่สำคัญทันที

เซลล์ขนาดเล็กในห้องปฏิบัติการมีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่น่าประทับใจถึง 20.4% ขณะที่โมดูลขนาดใหญ่ที่มีพื้นที่ 15.6 ตารางเซนติเมตรทำสถิติประสิทธิภาพที่ 18.8%

น่าสนใจว่า อุปกรณ์เหล่านี้แสดงให้เห็นถึงความทนทานที่ยอดเยี่ยม โดยหลังจากการทำงานต่อเนื่อง 2,000 ชั่วโมงยังคงรักษาผลผลิตได้มากกว่า 85% ของผลผลิตเริ่มต้น ผู้เขียนการศึกษาสื่อสาร ศาสตราจารย์ Liu Quan กล่าวว่า "เราได้ขยายเทคโนโลยีนี้ไปยังโมดูลขนาดใหญ่ที่มีพื้นที่ 15.6 cm² และบรรลุประสิทธิภาพ PCE ที่ใช้งานได้ 18.8%" กลยุทธ์การล็อกทางเคมีที่เป็นสากลนี้เปิดทางให้อนาคตเชิงพาณิชย์ของเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์ การเอาชนะปัญหาสามประการด้านประสิทธิภาพ ความเสถียรภาพ และความสามารถในการขยายตัว อาจทำให้เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์แบบยืดหยุ่นใกล้เคียงกับการผลิตในขนาดใหญ่

ในอนาคต พื้นผิวเช่นหน้าต่างของตึกระฟ้า หลังคารถยนต์ และเปลือกนอกของนาฬิกาอัจฉริยะ อาจสามารถใช้ประโยชน์จากล็อกเคมีขนาดเล็กเหล่านี้ในการผลิตไฟฟ้าอย่างเงียบ ๆ ผลการวิจัยนี้ได้ถูกตีพิมพ์ในวารสาร Joule เมื่อวันที่ 21 ตุลาคม

เทคโนโลยีใหม่จะส่งผลต่ออนาคตของเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์อย่างไร

การพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์เผชิญกับความท้าทายสามประการ ได้แก่ ประสิทธิภาพ ความเสถียรภาพ และความสามารถในการขยายตัว เทคโนโลยีใหม่ผ่านกลยุทธ์การล็อกโมเลกุลได้เพิ่มประสิทธิภาพการแปลงพลังงานและความทนทานของเซลล์ได้สำเร็จ ซึ่งเป็นทางออกที่มีประสิทธิภาพในการแก้ไขปัญหาเหล่านี้ ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีนี้ในอนาคตมีแนวโน้มที่จะสามารถผลิตในขนาดใหญ่ในหลากหลายการใช้งาน ซึ่งจะช่วยผลักดันการใช้พลังงานหมุนเวียน โดยเฉพาะในกรณีที่มีความยืดหยุ่นและน้ำหนักเบา เช่น ในอาคารและยานพาหนะ