Органические солнечные батареи как инновационные решения для современных цифровых и энергосберегающих технологий

Новые материалы

Партнеры

Институт проблем химической физики РАН
142432, Московская обл., г. Черноголовка,
проспект академика Семенова, 1
+7 (495) 993-57-07, office@icp.ac.ru

Акционерное общество "Группа компаний Инэнерджи"
+7 (495) 181 96 96
info@inenergy.ru
г. Москва, 2-й Котляковский пер. 18

ПРОБЛЕМАТИКА И АКТУАЛЬНОСТЬ

Солнечный свет является возобновляемым источником энергии, которая поступает на поверхность Земли в колоссальном количестве. Чрезвычайно важно научиться эффективно преобразовывать энергию света Солнца в электрическую энергию, что поможет в решении комплекса экологических и социально-экономических проблем населения. Среди существующих фотовольтаических технологий одной из наиболее привлекательных на сегодняшний день является органическая фотовольтаика.

Интегрированные в фасад здания органические солнечные батареи

Органические солнечные батареи как необычное дизайнерское решение

В отличие от кремниевых солнечных батарей, фотопреобразователи на основе органических материалов могут быть легкими, гибкими, полупрозрачными и растяжимыми. Это открывает новые горизонты для их применения. В частности, мы можем устанавливать гибкие и прозрачные панели на фасады зданий, окна, интегрировать их в одежду (носимая электроника), а также реализовывать инновационные урбанистические проекты. Другим привлекательным направлением использования органических солнечных батарей является информационная технология “Интернет вещей”, объединяющая в единую сеть множество современных электронных устройств (датчики, сенсорные системы и др.), для поддержания работоспособности которых, требуется обеспечить бесперебойное энергоснабжение. Использование органических солнечных батарей в качестве автономных источников энергии внутри помещений для таких систем, является наиболее удобным решением

ГИПОТЕЗА

Использование органических полупроводниковых материалов позволит создать солнечную батарею, способную преобразовывать рассеянный свет светодиодных ламп в электрическую энергию в достаточной мере для питания маломощного беспроводного датчика.

Площадка социального проекта "Гармония"

Интегрированные органические солнечные батареи на башне ВЭС

ЭТАПЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

-Синтезированы 2 карбазолсодержащих сопряженных полимера.
-Соединения очищены от низкомолекулярных примесей методом фракционирования в аппарате Сокслета. Выход полимера Р1 составил 29%, для второго соединения 30%
-Были исследованы оптические свойства полимеров. Из края длинноволновой полосы поглощения в оптических спектра оценена ширина запрещенной зоны (ШЗЗ) соединений. Для полимера Р1 оптическая ШЗЗ составила 1,9 эВ, для полимера Р2 - 1,67 эВ.
-Уровни энергий высших занятых орбиталей рассчитанных на основе электрохимических исследований пленок полимеров, составили -5,47 эВ и -5,51 эВ для Р1 и Р2, соответственно.

Интегрированные в стекла и фасад здания органические солнечные батареи

-На основе полимер-фуллереновых композитов были изготовлены ОСБ с верхним электродом, сформированным из серебряной пасты методом полива. КПД обоих устройств составили около 3,2-3,4%. Фотовольтаические модули были изготовлены на основе полученных в Сириусе полимеров в ИПХФ РАН и заламинированы для более стабильной работы.
-Устройства интегрированы в цепь с контроллером и аккумулятором, включающим нагрузку - датчик MI (MI Temperature and Humidity Monitor Digital Clock). Показана стабильная работа электронного устройства.

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Основная цель проекта была достигнута. Все поставленные задачи решены. Анализ полученных результатов указывает, что низкие эффективности преобразования света солнечных батарей, изготовленных на основе полученных полимеров, могут быть связаны с целым рядом факторов. Среди них можно отметить:
1. дефекты в структуре полимеров, образованных ввиду недостаточно высокой степени дегазации реакционной смеси из-за отсутствия специальной системы Шленка;
2. высокая концентрация ловушек носителей зарядов на границе между электродами и активным слоем.
Решение этих проблем станет возможным в будущем с приобретением специализированного оборудования, в том числе перчаточного бокса с интегрированной испарительной камерой (инертная атмосфера).

Лучшая на свете команда

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПРОЕКТА

Развитие проекта и решение обозначенных проблем может привести технологию тонкопленочных органических солнечных батарей к массовому внедрению на рынок. Для этого нужно сконцентрироваться на снижении дефектов при масштабировании устройств, а также подавлении рекомбинационных процессов, ухудшающих напряжения холостого хода и факторы заполнения в фотопреобразователях.

Синтез полимера Р1
ЭТАПЫ РАБОТЫ
Ацетоновая баня для дегазации синтезируемой смеси
Исследование оптических свойств полимеров
Электрохимическая ячейка для исследования вольтамперных характеристик пленок полимеров
Центрифуга для нанесения HTL и активного слоя
Нанесенный на подложку слой полимера Р1
Серебряная паста в качестве работающих электродов
Рабочий модуль на основе созданного нами полимера Р1
Датчик температуры и влажности, питающийся от органической солнечной батареи