導入
太陽電池ポリマー電池とは、半導体ポリマーを使用して光から電気を生成する有機太陽電池技術を指します。これは、世界中の業界団体や大学によって研究室で研究されている比較的新しい技術です。
フラーレンＣ６０ 。
2 つの PEDOT リンク。
ポリ(スチレンスルホン酸)。
まだ大部分は実験段階にあるが、太陽電池ポリマー電池は興味深い展望を提供する。これらは石油化学由来の有機高分子をベースにしており、その製造プロセスで消費されるエネルギーは、鉱物半導体をベースにしたセルに使用されるものよりもはるかに少ないです。原価ははるかに低く、軽量で壊れにくいです。その柔軟な性質により、有機ポリマーやシリコーン、さらには織物繊維で作られた柔軟な素材との統合にも適しています。それらの開発では、たとえばこれらの分子の自己集合など、化学工学の進歩を利用できます。それらの主な弱点は、太陽にさらされたときのポリマーの劣化によって引き起こされる寿命がまだ限られていることです。
動作原理
有機半導体における光起電力効果の基礎となる物理学は、無機半導体セルの物理学よりも説明が複雑です。これには、鉱物の場合のようにヘテロ接合の周囲に組織化され、一方は電子供与体として機能し、他方はアクセプターとして機能する、2 つの異なる分子種の間で、価電子帯の役割を果たすもの、伝導帯の役割を果たすものなど、異なる分子軌道が関与します。半導体:
- （励起子、つまり電子正孔対の生成により）電子供与体として機能する分子は、一般にいわゆる「 p型」共役ポリマーにある π 電子の存在によって特徴付けられます。
- これらの電子は可視光子または近可視光子によって励起され、占有された高分子軌道（ここでは無機半導体の価電子帯と同様の役割を果たす）から空の低分子軌道（無機半導体における価電子帯の役割を果たす）に移動することができる。伝導帯の役割と同様の役割）：これは私たちがπ-π*遷移と呼ぶものです（鉱物半導体の類推を続けると、バンドギャップを越えて伝導帯へのキャリアの注入に対応します）。この転移に必要なエネルギーによって、共役ポリマーが電気エネルギーに変換できる最大波長が決まります。
- 無機半導体で起こることとは異なり、有機材料では電子と正孔のペアは、強い結合 (結合エネルギーは 0.1 ～ 1.6 eV ) で密接に局在したままになります。励起子の解離は、デバイスの起電力の起点における化学ポテンシャル勾配の影響下で、電子受容体材料との界面で行われる。この電子受容体は「 n型」と呼ばれます。
コーティング
太陽電池ポリマー電池は、安価なプロセスを使用してインクのように柔軟な表面に堆積できるため、安価な太陽電池の製造が可能になる可能性があります。しかし、現在、実験室での効率はわずか5%にすぎず、太陽光発電エネルギーの生産において重要な役割を果たすには、大幅に改善する必要があります。