Szerves napelem
A szerves napelem (organic solar cell, OSC[1]) vagy műanyag napelem a fotovoltaikus elemek olyan típusa, amely a szerves elektronikát – az elektronika azon ágát, amely vezető szerves polimerekkel vagy kis szerves molekulákkal foglalkozik[2] – használja a fényelnyeléshez és a töltésszállításhoz, hogy a napfényből a fotovoltaikus hatás révén villamos energiát termeljen. A legtöbb szerves fotovoltaikus cella polimer napelem.
A szerves napelemekben használt molekulák nagy áteresztőképességű oldatfeldolgozással elkészíthetőek és olcsók, ami alacsony gyártási költségeket eredményez a nagy mennyiség előállításához.[3] A szerves molekulák rugalmasságával együtt a szerves napelemek potenciálisan költséghatékonyak a fotovoltaikus alkalmazásokban.[4] Molekulamérnöki eljárásokkal (pl. a polimerek hosszának és funkciós csoportjának megváltoztatása) megváltoztattatható a sávhézag, ami lehetővé teszi az elektronikus hangolhatóságot. A szerves molekulák optikai abszorpciós együtthatója magas, így kis mennyiségű, általában csupán pár száz nanométer vastagságú anyaggal nagy mennyiségű fényt lehet elnyelni.
A szilíciumalapú eszközökhöz képest a polimer napelemek könnyűek (ami fontos a kis méretű autonóm érzékelők esetében), potenciálisan eldobhatóak és olcsón előállíthatóak (néha nyomtatott elektronikával), fizikailag rugalmasak, molekuláris szinten testre szabhatóak és potenciálisan kevésbé károsak a környezetre. A polimer napelemek lehetnek átlátszóak ami ablakokban, falakon, rugalmas elektronikában stb. való alkalmazásokat tesz lehetővé.
A szerves fotovoltaikus cellákkal kapcsolatos fő hátrányok az alacsony hatásfok, az alacsony stabilitás és az alacsony szilárdság a szervetlen fotovoltaikus cellákhoz, például a szilícium napelemekhez képest. A szerves cellák a kemény anyagok hatékonyságának kb. 1/3-át nyújtják, és jelentős fotokémiai degradációnak vannak kitéve[5], ami jelentősen csökkenti a várható élettartamot. Összességében azonban a jelentősen alacsonyabb előállítási költség és az alacsonyabb környezetterhelés miatt valós alternatívája lehet a szervetlen cellás technológiának.
A polimer napelemek alacsony hatásfoka és stabilitási problémái[6] az alacsony költség[7] és a megnövekedett hatékonyság [8] ígéretével együtt a napelemkutatás népszerű területévé tették őket. 2015-től kezdve a polimer napelemek tandemszerkezeten keresztül több mint 10%-os hatásfokot tudtak elérni[9]. 2018-ban a szerves fotovoltaikában rekordot jelentő 17,3%-os hatásfokot értek el tandemszerkezeten keresztül[10].
Fizikája[szerkesztés]
Különféle felépítései[szerkesztés]
Egyrétegű[szerkesztés]
Kétrétegű[szerkesztés]
Előállítása[szerkesztés]
Átlátszó polimer cellák[szerkesztés]
Jellemző feszültség–áram viselkedés és hatékonyság[szerkesztés]
Kereskedelmi forgalma[szerkesztés]
Aktuális technológiai kihívások és eredmények[szerkesztés]
Egyéb harmadik generációs napcella fajták[szerkesztés]
- Festék-érzékenyített (Grätzel) cellák
- Fotoelektrikus cellák
- Hibrid cellák
- Nanokristályos cellák
Jegyzetek[szerkesztés]
- ↑ (2009. április 25.) „Organic tandem solar cells: A review” (angol nyelven). Energy & Environmental Science 2 (4), 348. o. DOI:10.1039/B817952B. (Hozzáférés: 2019. május 20.)
- ↑ Pulfrey, L.D.. Photovoltaic Power Generation. New York: Van Nostrand Reinhold Co. (1978. április 25.). ISBN 9780442266400
- ↑ Nelson, Jenny (2011. október 1.). „Polymer:fullerene bulk heterojunction solar cells”. Materials Today 14 (10), 462–470. o. DOI:10.1016/S1369-7021(11)70210-3.
- ↑ What can organic solar cells bring to the table?. (Hozzáférés: 2021. március 26.)
- ↑ Solar Technology, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. DOI: 10.1002/14356007.a24_369 (2000). ISBN 3527306730
- ↑ (2008) „Stability/degradation of polymer solar cells”. Solar Energy Materials and Solar Cells 92 (7), 686. o. DOI:10.1016/j.solmat.2008.01.005.
- ↑ (2012) „Polymer- and carbon-based electrodes for polymer solar cells: Toward low-cost, continuous fabrication over large area”. Solar Energy Materials and Solar Cells 100, 97. o. DOI:10.1016/j.solmat.2011.12.022.
- ↑ (2006) „Design Rules for Donors in Bulk-Heterojunction Solar Cells—Towards 10 % Energy-Conversion Efficiency”. Advanced Materials 18 (6), 789. o. DOI:10.1002/adma.200501717.
- ↑ (2013. február 5.) „A polymer tandem solar cell with 10.6% power conversion efficiency”. Nature Communications 4, 1446. o. DOI:10.1038/ncomms2411. PMID 23385590.
- ↑ (2018. szeptember 14.) „Organic and solution-processed tandem solar cells with 17.3% efficiency”. Science 361 (6407), 1094–1098. o. DOI:10.1126/science.aat2612. ISSN 0036-8075. PMID 30093603.
Fordítás[szerkesztés]
- Ez a szócikk részben vagy egészben az Organic solar cell című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.