Ako by sa organické solárne články mohli stať výrazne účinnejšími

Slnko posiela na Zem obrovské množstvo energie. Napriek tomu sa časť z neho stráca v solárnych článkoch. To je prekážkou pri používaní organických solárnych článkov, najmä pre tie, ktoré sú životaschopné v inovatívnych aplikáciách. Kľúčový faktor pri zvyšovaní ich výkonu: Zlepšený transport slnečnej energie uloženej v materiáli. Teraz výskumná skupina na Technickej univerzite v Mníchove (TUM) ukázala, že niektoré organické farbivá môžu pomôcť vybudovať virtuálne diaľnice pre energiu.

 

Organické solárne články sú ľahké, extrémne tenké kolektory energie a ako flexibilný povlak sa perfektne hodia na takmer akýkoľvek povrch: Solárne články na báze organických polovodičov otvárajú celý rad aplikačných možností, napríklad ako solárne panely a fólie, ktoré možno zrolovať hore alebo na použitie na inteligentných zariadeniach. Jednou nevýhodou v mnohých aplikáciách je však pomerne slabý transport energie zhromaždenej v materiáli. Výskumníci skúmajú základné transportné procesy organických solárnych článkov, aby našli spôsoby, ako tento transport zlepšiť.

 

Stimulujúce slnečné svetlo

 

Jedným z týchto výskumníkov je Frank Ortmann, profesor teoretických metód spektroskopie na TUM. On a jeho kolegovia z Drážďan sa viac než čokoľvek zameriavajú na vzájomnú interakciu medzi svetlom a materiálom --, najmä na správanie takzvaných excitónov. „Excitóny sú niečo ako palivo slnka, ktoré treba optimálne využiť,“ vysvetľuje Ortmann, ktorý je tiež členom „e-conversion“ Excellence Cluster. "Keď sa svetelná energia vo forme fotónu zrazí s materiálom solárneho článku, je absorbovaná a vyrovnávaná ako excitovaný stav. Tento medzistav sa označuje ako excitón." Tieto náboje nemožno použiť ako elektrickú energiu, kým nedosiahnu špeciálne navrhnuté rozhranie. Ortmann a jeho tím teraz ukázali, že to, čo sa nazýva excitónové dopravné diaľnice, možno vytvoriť pomocou organických farbív.

 

Farbivá pre turbodúchadlá

 

Dôvod, prečo je také dôležité, aby excitóny dosiahli toto rozhranie čo najrýchlejšie, súvisí s ich krátkou životnosťou. „Čím rýchlejšia a cielenejšia doprava, tým vyšší energetický výnos, a teda aj vyššia účinnosť solárneho článku,“ hovorí Ortmann. Molekuly organických farbív, označované ako chinoidné merocyaníny, to umožňujú vďaka svojej chemickej štruktúre a vynikajúcej schopnosti absorbovať viditeľné svetlo. Preto sú tiež vhodné na použitie ako aktívna vrstva v organickom solárnom článku, vysvetľuje Ortmann.

 

Energetické balíčky v rýchlom pruhu

 

Pomocou spektroskopických meraní a modelov boli výskumníci schopní pozorovať excitóny preháňajúce sa cez molekuly farbiva. „Hodnota 1,33 elektrónvoltov dodávaná naším dizajnom je ďaleko nad hodnotami, ktoré sa nachádzajú v organických polovodičoch --, dalo by sa povedať, že molekuly organického farbiva tvoria akúsi super-diaľnicu,“ dodáva Ortmann. Tieto zásadné nové poznatky by mohli pripraviť pôdu pre cielený a efektívnejší transport excitónu v organickej pevnej hmote, čím by sa urýchlil vývoj organických solárnych článkov a organických diód vyžarujúcich svetlo s ešte vyšším výkonom.