Μια μελέτη που διεξήχθη από ερευνητές του Πανεπιστημίου Penn State αποκάλυψε ότι τα οργανικά ηλιακά κύτταρα θα μπορούσαν να ενισχυθούν με την προσθήκη ενός χημικού πρόσθετου, καθιστώντας τα κατάλληλα για μεγάλης κλίμακας ανάπτυξη και κατασκευή. Η μελέτη δημοσιεύτηκε στην επίσημη ιστοσελίδα του πανεπιστημίου στις 16 Φεβρουαρίου.
Αναπτύσσοντας νέα ηλιακά πάνελ
Η Επίκουρη Καθηγήτρια Nutifafa Doumon και ο υποψήφιος διδάκτορας Souk Yoon "John" Kim, και οι δύο από το Τμήμα Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών, ηγήθηκαν αυτού του πειράματος.
Η εργασία αναγνωρίστηκε στο τεύχος "2025 Rising Stars in Materials Science" της ACS Materials Au, το οποίο θα δημοσιευτεί αυτόν τον μήνα.
Η κατασκευή ηλιακών πάνελ πυριτίου καταναλώνει τεράστιες ποσότητες ενέργειας και απαιτεί τη χρήση τοξικών χημικών ουσιών, δημιουργώντας προκλήσεις ανακύκλωσης. Από την άλλη πλευρά, τα οργανικά κύτταρα χαμηλότερου αντίκτυπου που κατασκευάζονται με λιγότερο επιβλαβή υλικά δεν διαρκούν αρκετά για μεγάλης κλίμακας ανάπτυξη.
Οι ερευνητές αποκάλυψαν ότι μια νέα μορφή ένωσης άνθρακα-υδρογόνου θα μπορούσε να βοηθήσει στην ενίσχυση αυτών των οργανικών ηλιακών κυττάρων και να τα καταστήσει μια βιώσιμη εναλλακτική λύση για μεγάλης κλίμακας χρήση.
Το νέο χημικό πρόσθετο
Η έρευνα επικεντρώνεται στη νέα χημική ουσία, το στερεό πρόσθετο 9,10-φαινανθρενεκινόνη (PQ). Μετά τα πειράματα, διαπιστώθηκε ότι αυτό το παράγωγο υδρογονάνθρακα διαθέτει φιλικά προς το περιβάλλον χαρακτηριστικά για τη σταθεροποίηση και την ενίσχυση οργανικών ηλιακών κυψελών. Γνωστή και ως οργανικά φωτοβολταϊκά, η τεχνολογία που βασίζεται σε υδρογονάνθρακες μπορεί να υποβαθμίσει γρήγορα την ικανότητά της να μετατρέπει την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια.
«Η PQ είναι επίσης χαμηλού κόστους, εμπορικά διαθέσιμη, ασφαλέστερη και απλούστερη από πολλά υπάρχοντα πρόσθετα που εισάγονται στη διαδικασία κατασκευής. Η καλύτερη σταθερότητα είναι απαραίτητη για να γίνουν τα οργανικά ηλιακά κύτταρα μια πιο ανταγωνιστική επιλογή στην εμπορική αγορά», δήλωσε ο Kim.
Αποκάλυψε ότι η ενσωμάτωση της PQ θα μπορούσε να προσφέρει μια πρακτική οδό για τη δημιουργία βιώσιμων, κλιμακώσιμων και ανθεκτικών εναλλακτικών φωτοβολταϊκών.
Η αναλυτική περιγραφή της διαδικασίας
Οι ερευνητές ξεκίνησαν τη διαδικασία δημιουργώντας οργανικά κύτταρα με ποικίλες δομές και διαφορετικά πρόσθετα στο εργαστήριο του Doumon στο University Park.
Τα κύτταρα δοκιμάστηκαν σε παραμέτρους όπως η μακροζωία, η ανθεκτικότητα και η απόδοση υπό διαφορετικές θερμοκρασίες και περιβαλλοντικές συνθήκες. Στόχος ήταν να αξιολογηθεί η ικανότητα αυτών των κυττάρων να μετατρέπουν την φωτεινή ενέργεια με την πάροδο του χρόνου.
Μετά το πείραμα, οι ερευνητές παρατήρησαν ότι η PQ βελτίωσε την απόδοση των κυψελών εκτός από τη μακροζωία. Η απόδοση των κυψελών είναι το κλάσμα της προσπίπτουσας φωτεινής ενέργειας που μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Πρόσθεσαν τις χημικές ουσίες στο ενεργό στρώμα των κυψελών, το μέρος που απορροφά το ηλιακό φως.
Μια συνέχεια με ισχυρά δεδομένα
Η μελέτη τόνισε την πιθανή αξιοπιστία του πειράματος, με ισχυρούς αριθμούς που υποστηρίζουν την υπόθεσή της. Η PQ βοήθησε τις οργανικές ηλιακές κυψέλες να διατηρήσουν περισσότερο από 93% της αρχικής τους απόδοσης μετατροπής ισχύος υπό παρατεταμένη θερμότητα για 180 ώρες. Συνήθως, οι συσκευές επιτυγχάνουν μόνο 76% διατήρηση με ένα συνήθως χρησιμοποιούμενο τοξικό πρόσθετο μετά από 180 ώρες χρήσης.
Ακόμα και μικρές βελτιώσεις σταθερότητας μπορούν να μειώσουν τη συχνότητα αντικατάστασης των οργανικών ηλιακών κυψελών, μειώνοντας τα απόβλητα και το κόστος, ανέφεραν οι ερευνητές. Τα οργανικά κύτταρα είναι συνήθως πιο εύκαμπτα, ελαφρύτερα και φθηνότερα στην κατασκευή από τα πυριτίου, αλλά έχουν επίσης πολύ μικρότερη διάρκεια ζωής.
«Τα ευρήματά μας είναι ένα βήμα μπροστά. Εξετάζουμε άλλα στερεά πρόσθετα για περαιτέρω μελέτη, για να δούμε πού εμπίπτει η PQ σε ένα ευρύτερο φάσμα επιλογών», πρόσθεσε.
www.worldenergynews.gr
