parichehr
1st December 2010, 11:44 AM
http://macromolecule.ir/wp-content/uploads/2010/10/w23-1.jpg (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fmacromolecule.ir%2 Fwp-content%2Fuploads%2F2010%2F10%2Fw23-1.jpg)
سلول خورشیدیBHJ (Bulk Heterojunction) از نواحی پلیمری الکترون دهنده و گیرنده در هم نفوذ کرده ساخته شده‌است که میان دو الکترود قرار دارند. در میان سلول های پلیمری فتوولتائیک، این مواد بالاترین بازده را دارند. تولید انبوه این سلول خورشیدی به کمک فرایند دو غلتکی امکان پذیر است. متاسفانه بازده بالا و تولید انبوه با قیمت پایین، در تقابل با یکدیگرند.
پارک و همکاران در دانشگاه میشیگان تکنیک جدیدی برای ساخت پربازده و کم قیمت سلول خورشیدی پلیمری ارائه دادند.
عملکرد سلول های خورشیدی پلیمری به این ترتیب است: فوتون دریافتی به الکترونی ناشی از پلیمر دهنده برخورد و یک جفت الکترون آزاد و حفره الکترون (حفره‌ای با بار مثبت که در واقع کمبود الکترون است) برجای می‌گذارد. این جفت الکترون-حفره، در فصل مشترک دهنده -گیرنده از هم جدا می‌شوند. الکترون در ماده گیرنده به سمت کاتد و حفره در ماده دهنده به سمت آند نفوذ می‌کند. این فرایند سبب تولید جریان الکتریکی می‌شود.
نفوذ الکترون و حفره هم بصورت جفت و هم جدا، کند است. در نتیجه برای رسیدن به بازده‌ی بالاتر در سلول های خورشیدی دو امر نیاز است: سطح تماس بزرگ میان ماده‌ی پذیرنده و دهنده در سلول، و مسیر عبور مناسب برای الکترون و حفره در پلیمر پذیرنده و دهنده برای رسیدن به الکترودها.
در روشی جدید، پارک و همکارانش، با اعمال فشار و حرارت به این دو هدف رسیدند. روش آنها شامل چهار گام اصلی است(شکل زیر): ابتدا، مایع مخلوط پلیمر دهنده و گیرنده روی لایه‌ی آندی قرار گرفته، سپس با استفاده از یک غلتک مکانیکی پوشیده شده با فیلم عبور دهنده گاز، فشار اعمال شده و در این حین مخلوط پلیمر از طریق تبخیر خشک می شود؛ بعد از این مرحله مخلوط پلیمر حرارت داده شده و در آخر کاتد بر روی آن قرار می گیرد.
http://macromolecule.ir/wp-content/uploads/2010/10/w23-2-300x153.jpg (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fmacromolecule.ir%2 Fwp-content%2Fuploads%2F2010%2F10%2Fw23-2.jpg)
مراحل ساخت سلول خورشیدی؛ a1) اعمال محلول مخلوط پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) و اینیدیوم اکسید قلع، a2)فعال سازی و تشکیل لایه ها حین تبخیر و اعمال فشار، a3) پخت حرارتی، a4) قرار دادن الکترود بر بالای فیلم مخلوط پلیمرها.
عامل کلیدی در این تکنیک فشار است که در گام دوم اعمال می شود. در روش های قبل، فقدان فشار سطحی منجر به جدایی عمودی پلیمر دهنده و گیرنده و کاهش سطح تماس این دو و نتیجتاً کاهش بازده سلول خورشیدی می‌شود. سطح تماس بیشتر و نتیجتاً بازده بیشتر با اعمال فشار بر سطح بالایی بدست می‌آید. فشار توزیع عمودی یکنواختی از مواد دهنده و گیرنده با نواحی نانو در هم رفته ایجاد می‌کند. اعمال فشار همچنین با ایجاد جریان برشی زنجیر پلیمر دهنده را جهت دهی و راهی برای رسیدن حفره به آند فراهم می‌کند. برخلاف زنجیر پلیمر‌دهنده، زنجیر پلیمر گیرنده با اعمال فشار خیلی خوب سازمان دهی نمی‌شود. به همین دلیل حرارت نیز برای اصلاح بکار گرفته شد. حرارت پلیمر گیرنده را بلورینه و مسیری برای رسیدن الکترون ها به کاتد فراهم می‌کند که در غیر این صورت بازده کمتر می‌شد.
http://macromolecule.ir/wp-content/uploads/2010/10/w23-3-300x177.jpg (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fmacromolecule.ir%2 Fwp-content%2Fuploads%2F2010%2F10%2Fw23-3.jpg)
ساخت سلول خورشیدی در فرایند دو غلتکه: b1) شمای فرایند دو غلتکه، b2) شمای رفتار جریان در فرایند دینامیک دو غلتکه. ضخامت لایه مایع به غلظت محلول، فشار و سرعت غلتک وابسته است. b3) تصویر دستگاه دو غلتکه و فرایند آن.
این نتایج به کمک آزمایشات انجام شده توسط پارک و گروهش بدست آمد و در آن نتایج این سلول خورشیدی با سلول‌های دیگر مقایسه شده است. نتایج نشان داد که تحرک الکترون و حفره در این سلول ها، بالاتر از سلول های دیگر است و بازده تبدیل قدرت کلی ۳٫۵ است. این نتایج همراه با سهولت رویکرد ساخت، حاکی از آن است که این سلول های پلیمری خورشیدی، ارزان و بازده بالاتری دارند.
سلول خورشیدیBHJ (Bulk Heterojunction) از نواحی پلیمری الکترون دهنده و گیرنده در هم نفوذ کرده ساخته شده‌است که میان دو الکترود قرار دارند. در میان سلول های پلیمری فتوولتائیک، این مواد بالاترین بازده را دارند. تولید انبوه این سلول خورشیدی به کمک فرایند دو غلتکی امکان پذیر است. متاسفانه بازده بالا و تولید انبوه با قیمت پایین، در تقابل با یکدیگرند.
پارک و همکاران در دانشگاه میشیگان تکنیک جدیدی برای ساخت پربازده و کم قیمت سلول خورشیدی پلیمری ارائه دادند.
عملکرد سلول های خورشیدی پلیمری به این ترتیب است: فوتون دریافتی به الکترونی ناشی از پلیمر دهنده برخورد و یک جفت الکترون آزاد و حفره الکترون (حفره‌ای با بار مثبت که در واقع کمبود الکترون است) برجای می‌گذارد. این جفت الکترون-حفره، در فصل مشترک دهنده -گیرنده از هم جدا می‌شوند. الکترون در ماده گیرنده به سمت کاتد و حفره در ماده دهنده به سمت آند نفوذ می‌کند. این فرایند سبب تولید جریان الکتریکی می‌شود.
نفوذ الکترون و حفره هم بصورت جفت و هم جدا، کند است. در نتیجه برای رسیدن به بازده‌ی بالاتر در سلول های خورشیدی دو امر نیاز است: سطح تماس بزرگ میان ماده‌ی پذیرنده و دهنده در سلول، و مسیر عبور مناسب برای الکترون و حفره در پلیمر پذیرنده و دهنده برای رسیدن به الکترودها.
در روشی جدید، پارک و همکارانش، با اعمال فشار و حرارت به این دو هدف رسیدند. روش آنها شامل چهار گام اصلی است(شکل زیر): ابتدا، مایع مخلوط پلیمر دهنده و گیرنده روی لایه‌ی آندی قرار گرفته، سپس با استفاده از یک غلتک مکانیکی پوشیده شده با فیلم عبور دهنده گاز، فشار اعمال شده و در این حین مخلوط پلیمر از طریق تبخیر خشک می شود؛ بعد از این مرحله مخلوط پلیمر حرارت داده شده و در آخر کاتد بر روی آن قرار می گیرد.
http://macromolecule.ir/wp-content/uploads/2010/10/w23-2-300x153.jpg (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fmacromolecule.ir%2 Fwp-content%2Fuploads%2F2010%2F10%2Fw23-2.jpg)
مراحل ساخت سلول خورشیدی؛ a1) اعمال محلول مخلوط پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) و اینیدیوم اکسید قلع، a2)فعال سازی و تشکیل لایه ها حین تبخیر و اعمال فشار، a3) پخت حرارتی، a4) قرار دادن الکترود بر بالای فیلم مخلوط پلیمرها.
عامل کلیدی در این تکنیک فشار است که در گام دوم اعمال می شود. در روش های قبل، فقدان فشار سطحی منجر به جدایی عمودی پلیمر دهنده و گیرنده و کاهش سطح تماس این دو و نتیجتاً کاهش بازده سلول خورشیدی می‌شود. سطح تماس بیشتر و نتیجتاً بازده بیشتر با اعمال فشار بر سطح بالایی بدست می‌آید. فشار توزیع عمودی یکنواختی از مواد دهنده و گیرنده با نواحی نانو در هم رفته ایجاد می‌کند. اعمال فشار همچنین با ایجاد جریان برشی زنجیر پلیمر دهنده را جهت دهی و راهی برای رسیدن حفره به آند فراهم می‌کند. برخلاف زنجیر پلیمر‌دهنده، زنجیر پلیمر گیرنده با اعمال فشار خیلی خوب سازمان دهی نمی‌شود. به همین دلیل حرارت نیز برای اصلاح بکار گرفته شد. حرارت پلیمر گیرنده را بلورینه و مسیری برای رسیدن الکترون ها به کاتد فراهم می‌کند که در غیر این صورت بازده کمتر می‌شد.
http://macromolecule.ir/wp-content/uploads/2010/10/w23-3-300x177.jpg (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fmacromolecule.ir%2 Fwp-content%2Fuploads%2F2010%2F10%2Fw23-3.jpg)
ساخت سلول خورشیدی در فرایند دو غلتکه: b1) شمای فرایند دو غلتکه، b2) شمای رفتار جریان در فرایند دینامیک دو غلتکه. ضخامت لایه مایع به غلظت محلول، فشار و سرعت غلتک وابسته است. b3) تصویر دستگاه دو غلتکه و فرایند آن.
این نتایج به کمک آزمایشات انجام شده توسط پارک و گروهش بدست آمد و در آن نتایج این سلول خورشیدی با سلول‌های دیگر مقایسه شده است. نتایج نشان داد که تحرک الکترون و حفره در این سلول ها، بالاتر از سلول های دیگر است و بازده تبدیل قدرت کلی ۳٫۵ است. این نتایج همراه با سهولت رویکرد ساخت، حاکی از آن است که این سلول های پلیمری خورشیدی، ارزان و بازده بالاتری دارند.