Органічна фотовольтаїка: Подорож у часі, досягнення та майбутні можливості
Анотація
Це комплексне дослідження присвячене сфері органічної фотовольтаїки, ключової технології зеленої енергії, простежуючи її шлях від ранніх теоретичних концепцій до її поточного статусу перспективного шляху для сталого виробництва енергії. Дослідження прискіпливо вивчає низку етапів розвитку перетворення сонячної енергії в електричну, зосереджуючись на еволюції, технологічному прогресі та внутрішніх проблемах, з якими стикаються органічні сонячні елементи. Заглиблюючись у фундаментальні аспекти органічної фотовольтаїки, у цій статті розглядаються початкові відкриття та подальші вдосконалення в матеріалознавстві, які суттєво вплинули на ефективність і практичність органічних сонячних елементів. Вона містить детальний аналіз різноманітних органічних матеріалів, які використовувалися протягом багатьох років, включаючи малі молекули та полімери, обговорюється їх здатність поглинати світло, властивості транспортування носіїв заряду та інноваційні технології, що лежать в основі архітектури пристроїв органічної фотовольтаїки. Значна частина дослідження присвячена висвітленню унікальних переваг органічної фотоелектричної енергії, таких як їхня легкість, гнучкість і потенціал для недорогого виробництва за допомогою процесів «рулон-на-рулон». Ці переваги поєднуються з поточними обмеженнями технології органічної фотовольтаїки, включаючи порівняно нижчу ефективність і проблеми зі строком експлуатації, щоб представити збалансовану перспективу поточного стану розвитку органічної фотовольтаїки. Крім того, у статті досліджується вплив органічних сонячних елементів на навколишнє середовище, підкреслюється їхня роль у зменшенні викидів вуглецю та залежності від викопного палива. Вона оцінює життєвий цикл органічної фотовольтаїки, від виробництва до утилізації, щоб підкреслити їхній потенціал як екологічної альтернативи традиційним фотоелектричним технологіям. Вирішуючи майбутні перспективи органічної фотовольтаїки, дослідження окреслює поточні зусилля в області інновацій матеріалів, розробки пристроїв і викликів масштабованості. У ньому обговорюється роль міждисциплінарного співробітництва в подоланні технічних перешкод і підвищенні комерційної життєздатності органічних фотовольтаїчних пристроїв. Також досліджується потенціал для інтеграції органічної фотовольтаїки в міський ландшафт, переносні технології та портативні джерела живлення, підкреслюючи різноманітність застосування органічних сонячних елементів для задоволення різноманітних енергетичних потреб сучасного світу. На завершення, ця стаття не лише надає ретельний історичний огляд та аналіз поточного стану органічної фотоелектричної енергії, але й прогнозує захоплюючі досягнення на горизонті. Визначаючи критичні фактори успіху органічної фотовольтаїки і пропонуючи стратегічні напрямки для майбутніх досліджень, це дослідження вносить цінний внесок у постійні пошуки рішень для відновлюваних джерел енергії. Воно закликає до збільшення інвестицій і зосередженості на дослідженнях органічної фотоелектричної енергії як ключового гравця в глобальному переході до сталого та енергоефективного майбутнього.
Завантаження
Посилання
Bian, L., Zhu, E., Tang, J., Tang, W., & Zhang, F. (2012). Recent progress in the design of narrow bandgap conjugated polymers for high-efficiency organic solar cells. Progress in Polymer Science, 37(9), 1292–1331. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2012.03.001
Blouin, N., Michaud, A., & Leclerc, M. (2007). A low-bandgap poly(2,7-carbazole) derivative for use in high-performance solar cells. Advanced Materials, 19(17), 2295–2300. https://doi.org/10.1002/adma.200602496
Bulavko, G. V., Davidenko, N. A., Derevyanko, N. A., Ishchenko, A. A., & Kulinich, A. V. (2015). Effect of the structure of polymethine dyes on their photovoltaic properties in polymer films. Theoretical and Experimental Chemistry, 51(1), 37–44. https://doi.org/10.1007/s11237-015-9395-9
Bulavko, G. V., Davidenko, N. A., Shkavro, A. G., Tretyak, O. V., Ishchenko, A. A., & Kulinich, A. V. (2017). Photovoltaic effect in dye-doped polymer films with free-surface and sandwich structures. Functional Materials Letters, 10(02), 1750007. https://doi.org/10.1142/S1793604717500072
Camaioni, N., Carbonera, C., Ciammaruchi, L., Corso, G., Mwaura, J., Po, R., & Tinti, F. (2023). Polymer solar cells with active layer thickness compatible with scalable fabrication processes: A meta-analysis. Advanced Materials, 35(8), 2210146. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/adma.202210146
Harima, Y., Yamashita, K., & Suzuki, H. (1984). Spectral sensitization in an organic p‐n junction photovoltaic cell. Applied Physics Letters, 45(10), 1144–1145. https://doi.org/10.1063/1.95016
Heeger, A. J. (2014). 25th Anniversary article: Bulk heterojunction solar cells: Understanding the mechanism of operation. Advanced Materials, 26(1), 10–28. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/adma.201304373
Hoppe, H., & Sariciftci, N. S. (2004). Organic solar cells: An overview. Journal of Materials Research, 19(7), 1924–1945. https://doi.org/10.1557/JMR.2004.0252
Ishchenko, A. A. (2008). Photonics and molecular design of dye-doped polymers for modern light-sensitive materials. Pure and Applied Chemistry, 80(7), 1525–1538. https://doi.org/10.1351/pac200880071525
Kaienburg, P., Bristow, H., Jungbluth, A., Habib, I., McCulloch, I., Beljonne, D., & Riede, M. (2023). Vacuum-deposited donors for low-voltage-loss nonfullerene organic solar cells. ACS Applied Materials & Interfaces, 15(26), 31684–31691. https://doi.org/10.1021/acsami.3c04282
Kalowekamo, J., & Baker, E. (2009). Estimating the manufacturing cost of purely organic solar cells. Solar Energy, 83(8), 1224–1231. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.solener.2009.02.003
Koul, S., & Hakim, N. (2018). Recent advances in the determination of optimal active layer thickness for bulk heterojunction organic solar cells. Transactions on Electrical and Electronic Materials, 19(5), 319–329. https://doi.org/10.1007/s42341-018-0053-5
Kurdiukova, I. V., Kulinich, A. V., & Ishchenko, A. A. (2012). Near-infrared squarate and croconate dianions derived from tetranitrofluorene. New Journal of Chemistry, 36(8), 1564. https://doi.org/10.1039/c2nj40303j
Lizin, S., Van Passel, S., De Schepper, E., Maes, W., Lutsen, L., Manca, J., & Vanderzande, D. (2013). Life cycle analyses of organic photovoltaics: a review. Energy & Environmental Science, 6(11), 3136–3149. https://doi.org/10.1039/C3EE42653J
Machín, A., & Márquez, F. (2024). Advancements in photovoltaic cell materials: silicon, organic, and perovskite solar cells. Materials, 17(5), 1165. https://doi.org/10.3390/ma17051165
Panagoda, L. P. S. S., Sandeepa, R. A. H. T., Perera, W. A. V. T., Sandunika, D. M. I., Siriwardhana, S. M. G. T., Alwis, M. K. S. D., & Dilka, S. H. S. (2023). Advancements in photovoltaic (Pv) technology for solar energy generation. Journal of Research Technology & Engineering, 4(3), 30–72. Retrieved from https://www.jrte.org/wp-content/uploads/2023/07/Advancements-In-Photovoltaic-Pv-Technology-for-Solar-Energy-Generation.pdf
Park, S. H., Roy, A., Beaupré, S., Cho, S., Coates, N., Moon, J. S., Moses, D., Leclerc, M., Lee, K., & Heeger, A. J. (2009). Bulk heterojunction solar cells with internal quantum efficiency approaching 100%. Nature Photonics, 3(5), 297–302. https://doi.org/10.1038/nphoton.2009.69
Rehman, F., Syed, I. H., Khanam, S., Ijaz, S., Mehmood, H., Zubair, M., Massoud, Y., & Mehmood, M. Q. (2023). Fourth-generation solar cells: a review. Energy Advances, 2(9), 1239–1262. https://doi.org/10.1039/D3YA00179B
Sariciftci, N. S., Smilowitz, L., Heeger, A. J., & Wudl, F. (1992). Photoinduced electron transfer from a conducting polymer to buckminsterfullerene. Science, 258(5087), 1474–1476. https://doi.org/10.1126/science.258.5087.1474
Scarpulla, M. A., McCandless, B., Phillips, A. B., Yan, Y., Heben, M. J., Wolden, C., ... Hayes, S. M. (2023). CdTe-based thin film photovoltaics: Recent advances, current challenges and future prospects. Solar Energy Materials and Solar Cells, 255, 112289. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2023.112289
Shah, N., Shah, A. A., Leung, P. K., Khan, S., Sun, K., Zhu, X., & Liao, Q. (2023). A review of third generation solar cells. Processes, 11(6), 1852. https://doi.org/10.3390/pr11061852
Solak, E. K., & Irmak, E. (2023). Advances in organic photovoltaic cells: A comprehensive review of materials, technologies, and performance. RSC Advances, 13(18), 12244–12269. https://doi.org/10.1039/D3RA01454A
Sonar, P., Fong Lim, J. P., & Chan, K. L. (2011). Organic non-fullerene acceptors for organic photovoltaics. Energy & Environmental Science, 4(5), 1558. https://doi.org/10.1039/c0ee00668h
Spanggaard, H., & Krebs, F. C. (2004). A brief history of the development of organic and polymeric photovoltaics. Solar Energy Materials and Solar Cells, 83(2), 125–146. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.solmat.2004.02.021
Tang, C. W. (1986). Two‐layer organic photovoltaic cell. Applied Physics Letters, 48(2), 183–185. https://doi.org/10.1063/1.96937
Кількість переглядів: 2416 Кількість завантажень PDF: 1104
Авторське право (c) 2024 Історія науки і техніки
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторські права та ліцензування
Ліцензійні умови: автори зберігають авторське право, а також надають право журналу публікувати оригінальні наукові статті, що містять результати експериментальних і теоретичних досліджень і не знаходяться на розгляді для опублікування в інших віданнях. Всі матеріали поширюється на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License International CC-BY, яка дозволяє іншим розповсюджувати роботу з визнанням авторства цієї роботи і першої публікації в цьому журналі.
До рукопису статті додається підписана авторами відсканована копія «Угоди» про передачу авторами прав на публікацію рукопису і подальше розміщення статті в інтернеті (у форматі * .pdf або * .jpg).
Цією угодою автор засвідчує, що поданий матеріал:
- не порушує авторських прав інших осіб або організацій;
- не був опублікований раніше у інших видавництвах та не був поданий до публікації у інші видання.
Автор передає редколегії журналу "Історія науки і техніки" права на:
- публікацію статті українською (англійською та російською) мовою та розповсюдження її друкованої версії.
- переклад статті англійською мовою (для статей українською та російською мовою) та розповсюдження друкованої версії перекладу.
- розповсюдження електронної версії статті, а також електронної версії англомовного перекладу статті (для статей українською та російською мовою), через будь-які електронні засоби (розміщення на офіційному web-сайті журналу, в електронних базах даних, репозитаріях тощо).
Автор зберігає за собою право без узгодження з редколегією та засновниками:
- Використовувати матеріали статті повністю або частково з освітньою метою.
- Використовувати матеріали статті повністю або частково для написання власних дисертацій.
- Використовувати матеріали статті для підготовки тез, доповідей конференцій, а також усних презентацій.
- Розміщувати електронні копії статті (у тому числі кінцеву електронну версію, завантажену з офіційного web-сайту журналу) на:
- персональних web-ресурсах усіх авторів (web-сайти, web-сторінки, блоги тощо);
- web-ресурсах установ, де працюють автори (включно з електронними інституційними репозитаріями);
- некомерційних web-ресурсах відкритого доступу (наприклад, arXiv.org).
В усіх випадках наявність бібліографічного посилання на статтю або гіперпосилання на її електронну копію на офіційному сайті журналу є обов’язковим.
