الخلايا الشمسية الهجينة لها تطبيقات في مجال الإلكترونيات مرنة والأجهزة المحمولة
Nov 03, 2018

فهم تأثير العيوب السطحية يدعم تحسين كفاءة الخلايا الشمسية العضوية/غير العضوية المختلطة.

              تستخدم الخلايا الشمسية الهجينة واجهة تتألف من طبقات من المواد العضوية وغير العضوية لتحويل أشعة الشمس إلى كهرباء. أكسيد الزنك (أكسيد الزنك) خيار شعبي للمواد غير العضوية لأنها رخيصة وغير سامة ومتاحة بسهولة.

ومع ذلك، كفاءة تحويل الخلايا الشمسية الهجين باستخدام أكسيد الزنك والعضوية-الجهات المانحة الأكبر هيتيروجونكشنز منخفضة جداً حاليا--فقط 2 في المائة عندما يتم مزج أكسيد الزنك إلى مادة عضوية الجهات مانحة. من ناحية أخرى، تم التوصل من كفاءة لائق 6.1 في المائة عندما يتم استخدام أكسيد الزنك كطبقة تقع بين قطب وطبقة من البوليمر أو متقبلون جزيء صغير.

جان-لوك بريداس من مركز أبحاث الهندسة الضوئية الشمسية & جامعة الملك عبدالله وزميل لي هونغ المشتبه فيه أن عيوب جوهرية في أكسيد الزنك عامل رئيسي في ضعف الأداء. بمقارنة الاختلافات في الخصائص الإلكترونية بين مختلف المواد الهجينة، وخلصوا إلى أن الشواغر الزنك يقلل من كفاءة التحويل بإعاقة عملية فصل المسؤول في مجال التفاعل بين المواد العضوية وغير العضوية.

فمن المعروف جيدا أن أكسيد الزنك يعتمد أدوار مختلفة في هيتيروجونكشنز الأكبر تبعاً للنوع من المواد العضوية، والهندسة المعمارية المستخدمة. عند مزجها مع البوليمرات أو الجزيئات الصغيرة من الجهات المانحة مثل سيكسيثينيل، أكسيد الزنك يفترض دور يقبلون الإلكترون: أنه يستغرق أو "يقبل" الإلكترونات وتركه إيجابيا يحمل الثقوب في طبقة سيكسيثينيل.

عندما تقع بين قطب وطبقة يقبلون فولرين، أكسيد الزنك يساعد على نقل الإلكترونات من طبقة فولرين على مسرى. تمكين هذه العمليات كفاءة تحويل أشعة الشمس إلى كهرباء.

استخدم الباحثون عمليات المحاكاة بالحاسوب لدراسة كيفية تأثير الزنك الشواغر على سطح أكسيد الزنك هاتين العمليتين. هيتيروجونكتيون معظم أكسيد الزنك/سيكسيثينيل، يمكن أن تعرقل نقل المسؤول المحلي في الواجهة أكسيد الزنك/سيكسيثينيل الشواغر الزنك على سطح أكسيد الزنك ويمكن أيضا منع الانفصال مقابل الكفاءة بسبب التفاعلات كولومب قوية. ومع ذلك، واجهة أكسيد الزنك/فولرين، هذه الشواغر لا يؤثر بشكل ملحوظ عملية نقل التهمة.

لهذه الأسباب، هيتيروجونكشنز أكسيد الزنك/العضوية التي وضعت حتى الآن غير فعالة. وبالمقارنة، غير أن الشواغر الزنك يكون أعلى بكثير أثر سلبي على أكسيد الزنك/سيكسيثينيل من على واجهات أكسيد الزنك/فولرين. النتائج آثار هامة لتطوير الخلايا الشمسية الهجينة، التي لها تطبيقات في مجال الإلكترونيات مرنة والأجهزة المحمولة.

"ما تعلمناه من تحقيقاتنا إلى أي مدى تحديد العيوب في السطح لإجراء أكاسيد معدنية مثل أكسيد الزنك الخصائص الإلكترونية عموما، وفي نهاية المطاف كفاءة الجهاز،" لاحظ برداس. واقترح تشير النتائج إلى السبل الممكنة لتحسين كفاءة الخلايا الشمسية من خلال التعديلات السطحية.