Պոլիմերային արևային մարտկոց

Պոլիմերային արևային մարտկոց, պոլիմերից պատրաստված արևային մարտկոցի տեսակ, որը արևի լույսը փոխակերպում է էլեկտրականության։ Էլեկտրական հոսանքը ստացվում է ֆոտոէֆեկտի միջոցով արևի լույսից։ Ընդ որում հոսանքի էֆեկտիվությունը կախված է լույսի ինտենսիվությունից։ Սկսել են ուսումնասիրել 1992 թվականից, երբ առաջին անգամ հրապարակվել են տվյալներ կիսահաղորդչային պոլիմերի ակցեպտորի լիցքի տեղափոխման մասին։ Բոլորովին նոր տեխնոլոգիա է, որը ամբողջ աշխարհում լայնորեն հետազոտվում է համալսարաններում, ազգային լաբորատորիաներում և մի քանի ընկերություններում։ Պոլիմերային արևային մարտկոցները պարունակում են օրգանական արևային էլեմենտներ(դրանք նաև կոչվում են պլաստիկ արևային էլեմենտներ )։ Ի տարբերություն սիլիցիումային արևային մարտկոցների, պոլիմերային արևային մարտկոցները բավականին թեթև են, հասանելի են, ցածր գնով արտադրվում են, ճկուն են, քիչ ազդեցություն ունեն շրջակա միջավայրի վրա, սակայն էներգետիկ էֆեկտիվությունը սիլիկոնային արևային մարտկոցների հազիվ մեկ քառորդին է հավասար^[1]^[2]։ Ամենամեծ արդի խնդիրը կայանում է էֆեկտիվության մեջ։ Լավ պաշտպանիչ ծածկույթներ դեռևս մշակված չեն։ Նկար 1֊ում ներկայացվում է նմուշ֊նախատիպը, որի ֆոտոէլեմենտի էֆեկտիվությունը հասնում է մոտավորապես 10 %^[3]։

Կառուցվածք[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Նկար 2. Պլաստիկ արևային մարտկոցի սխեման. PET – թափանցիկ֊ճկուն պոլիէթիլեն, ITO – ինդիում֊անագի օքսիդ, PEDOT:PSS – անցումային շերտ, ակտիվ շերտ (սովորաբար պոլիմեր, ֆուլերենի խառնուրդ), Al – ալյումին

Պոլիմերային արևային մարտկոցները իրենցից ներկայացնում են տարբեր ֆունկցիաներ կատարող պոլիմերային նյութերից բաղկացած իրար վրա դրված բարակ թաղանթներ^[4]։ Մարտկոցի հաստությունը ենթաշերտից կախված կարող է լինել 500 նանոմետր^[5]։ Նկար 2֊ում մանրամասն ցուցադրված են բաղադրիչները։ ինդիումի և անագի օքսիդները թույլ են տալիս լույսին անցնել և կատարել անոդի դերը, իսկ վերին կոնտակտը ցածր աշխատանքային ֆունկցիայով ալյումինն է, որը հանդես է գալիս որպես կատոդ։ Պոլիմերի կատոդը էլեմենտում ակտիվ բաղադրիչ է, կլանում է լույսը և գեներացնում է էքսիտոններ։ Վերջին ժամանակներս մեծ հետաքրքրություն է առաջացրել գրաֆենի և գրաֆենի օքսիդի հիման վրա պատրաստված կիսահաղորդիչները։

Լույսի կլանում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Պոլիմերային արևային մարտկոցների ֆոտոակտիվ շերտը բաղկացած է երկու տիպի նյութերից՝ դոնորներից և ակցեպտորներից։ Լույսը, երբ ընկնում է մարտկոցի վրա, դոնորը կլանում է լույսի ֆոտոնը։ Այդ ֆոտոնի ալիքի երկարությունը ուղղակիորեն կախված է դոնորի քիմիական կառուցվածքից և նրա թաղանթի կազմից(օրինակ՝ բյուրեղապակի)։ Ֆոտոնի էներգիայի կլանումը գրգռում է էլեկտրոնը հիմնական վիճակից բերում է գրգռված վիճակի կամ վերևի զբաղված էներգիական մակարդակից անցնում է ներքևի ազատ մակարդակ^[6]։

Օգտակար գործողության գործակից[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Պոլիմերային արևային մարտկոցների հիմնական խնդիրներից մեկը կապված է արտադրված մարտկոցների ցածր օգգ֊ի հետ։ Որպեսզի առևտրային շրջանառության մեջ լինի կենսունակ, պետք է հասնել առնվազն 10–15% էֆեկտիվության, բայց դա միևնույն է մնում է շատ ավելի ցածր անօրգանականի համեմատ։ Սակայն, 10–15% Օգգ֊ն տնտեսապես կենսունակ է դարձնում, որը կապված է պոլիմերային արևային մարտկոցի ցածր գնի հետ։ Ապրանքի օգգ֊ն համեմատական է կարճ միացման հոսանքին(JSC), պարապ ընթացի լարման(VOC), լցման գործակից (FF)․

$\eta ={\frac {V_{OC}\times J_{SC}\times FF}{P_{in}}}$

Որտեղ P_in֊ը արևի էներգիայի ինցիդենտությունն է։ Պոլիմերային արևային մարտկոցների օգտագործման վերջին նվաճումները ազատ գոտու խտացման հասնելն է, մեծացնել հոսանքի կարճ միացումը, միևնույն ժամանակ նվազեցնելով ամենաբարձր զբաղեցրած էներգետիկ մակարդակը, և մեծացնելով պարապ ընթացի լարումը։ Սակայն պոլիմերային արևային մարտկոցները տառապում են ցածր լցման գործակցով(որպես կանոն ցածր է70%֊ից)։ Սակայն ինչ վերաբերում է 2013 թ֊ին, հետազոտողները կարողացել են պատրաստել 75%֊ից ավել լցման գործակցով պոլիմերային արևային մարտկոց։ Գիտնականներին հաջողվել է հասնել շրջված BHJ ֊ի դոնոր֊ակցեպտորային ոչ ավանդական կոմբինացիայի օգնությամբ^[7]։

Առևտրայնացում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Պոլիմերային արևային մարտկոցները դեռ տնտեսապես կմրցակցեն սիլիցիումային արևային մարտկոցների և այլ բարակ թաղանթային մարտկոցների հետ։ Մեծ ջանքեր են գործադրվում բարձրակարգ պոլիմերային արևային մարտկոցների արտադրության համար․ պետք է նվազեցնել ծախսերը, մեծացվի էֆեկտիվությունը և այլն^[9]։

Ծանոթագրություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

↑ Полимерные солнечные батареи
↑ Разбираемся в многообразии видов солнечных панелей
↑ NREL Таблица эффективности солнечных батарей
↑ «Polymer-Solar-Cells». Արխիվացված է օրիգինալից 2015 թ․ սեպտեմբերի 19-ին. Վերցված է 2016 թ․ դեկտեմբերի 10-ին.
↑ Scientists develop ultra-thin solar cells
↑ How do polymer solar cells work
↑ Guo, Xugang; Zhou, Nanjia; Lou, Sylvia; Smith, Jeremy; Tice, Daniel; Hennek, Jonathan; Ortiz, Rocío; López Navarrete, Juan; Li, Shuyou; Strzalka, Joseph; Chen, Lin; Chang, Robert; Facchetti, Antonio; Marks, Tobin (2013 թ․ օգոստոսի 11). «Polymer solar cells with enhanced fill factors». Nature Photonics. 7 (10): 825. Bibcode:2013NaPho...7..825G. doi:10.1038/nphoton.2013.207.
↑ For a similar graph, see: Hoppe, Harald; Sariciftci, N. Serdar (2008). «Polymer Solar Cells». Photoresponsive Polymers II. էջեր 1–86 (4). doi:10.1007/12_2007_121. ISBN 978-3-540-69452-6.
↑ Krebs, Frederik; Tromholt, Thomas; Jørgensen, Mikkel (2010 թ․ մայիսի 4). «Upscaling of polymer solar cell fabrication using full roll-to-roll processing». Nanoscale. 2 (6): 873. Bibcode:2010Nanos...2..873K. doi:10.1039/B9NR00430K. PMID 20648282.

[1] Полимерные солнечные батареи

[2] Разбираемся в многообразии видов солнечных панелей

[3] NREL Таблица эффективности солнечных батарей

[4] «Polymer-Solar-Cells». Արխիվացված է օրիգինալից 2015 թ․ սեպտեմբերի 19-ին. Վերցված է 2016 թ․ դեկտեմբերի 10-ին.

[5] Scientists develop ultra-thin solar cells

[6] How do polymer solar cells work

[ReferenceB-7] Guo, Xugang; Zhou, Nanjia; Lou, Sylvia; Smith, Jeremy; Tice, Daniel; Hennek, Jonathan; Ortiz, Rocío; López Navarrete, Juan; Li, Shuyou; Strzalka, Joseph; Chen, Lin; Chang, Robert; Facchetti, Antonio; Marks, Tobin (2013 թ․ օգոստոսի 11). «Polymer solar cells with enhanced fill factors». Nature Photonics. 7 (10): 825. Bibcode:2013NaPho...7..825G. doi:10.1038/nphoton.2013.207.

[8] For a similar graph, see: Hoppe, Harald; Sariciftci, N. Serdar (2008). «Polymer Solar Cells». Photoresponsive Polymers II. էջեր 1–86 (4). doi:10.1007/12_2007_121. ISBN 978-3-540-69452-6.

[9] Krebs, Frederik; Tromholt, Thomas; Jørgensen, Mikkel (2010 թ․ մայիսի 4). «Upscaling of polymer solar cell fabrication using full roll-to-roll processing». Nanoscale. 2 (6): 873. Bibcode:2010Nanos...2..873K. doi:10.1039/B9NR00430K. PMID 20648282.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]