Ogniwa organiczne

Organiczne ogniwa fotowoltaiczne (OPV) to urządzenia zbudowane ze związków organicznych – zawierające w swoim składzie atomy węgla. Do budowy ogniw organicznych wykorzystuje się polimery oraz małe organiczne molekuły zdolne do absorpcji promieniowania słonecznego oraz przewodzenia energii elektrycznej.

Chociaż organiczne ogniwa PV pozostają w tyle za ogniwami krzemowymi i technologiami cienkowarstwowymi, potencjał elastycznych i ultralekkich urządzeń doprowadził do kilku interesujących zastosowań niszowych w urządzeniach o niskim zapotrzebowaniu na energię, takich jak czujniki bezprzewodowe i urządzenia medyczne.

Według badaczy właśnie takie niszowe rynki mogą przyspieszyć rozwój nowych technologii, dając naukowcom możliwość zdobycia doświadczenia z materiałem w warunkach produkcji komercyjnej, bez kosztów finansowych ponoszonych zwykle przy opracowaniu produkcji pilotażowej.

Badania

Naukowcy z Uniwersytetu Nauki i Technologii Króla Abdullaha (KAUST) przyjrzeli się możliwości wykorzystania organicznych ogniw fotowoltaicznych do zasilenia medycznych urządzeń pomiarowych. Badacze opierali się na wcześniejszych badaniach, które pokazały, że czujnik glukozy może być używany przez chorych na cukrzycę do monitorowania poziomu cukru we krwi bez potrzeby użycia igły lub próbki krwi.

Jak powiedział Eloïse Bihar, naukowiec z KAUST, ogromny postęp między innymi w dziedzinie bioczujników do wykrywania chorób jest ograniczony pod względem źródeł energii. Z tego względu naukowcy wpadli na pomysł, by zamiast baterii lub podłączenia do sieci elektrycznej, zastosować lekkie, ultracienkie organiczne ogniwa fotowoltaiczne, które byłyby zdolne do pobierania energii ze światła, zarówno w pomieszczeniach, jak i na zewnątrz.

W jaki sposób ogniwo został opracowane?

Korzystając z drukarki, grupa badaczy była w stanie nałożyć wszystkie warstwy urządzenia za pomocą druku atramentowego. W przypadku osadzenia na szkle, ogniwa osiągnęły sprawność na poziomie 4,73%. Taki wynik wyznaczył nowy światowy rekord sprawności tego typu ogniw. W przypadku osadzenia na elastycznym podłożu ogniwo osiągnęło sprawność na poziomie 3,6%.

Według naukowców z KAUST, kluczem do tego osiągnięcia było zastosowanie mieszaniny polimerów PEDOT:PSS jako organicznego materiału elektrodowego, zastępującego powszechnie stosowany tlenek cyny indu. Dla każdej elektrody zastosowano dwa różne preparaty PEDOT: PSS, w których srebrne podkładki kontaktowe reprezentowały jedyny metal używany w ogniwie. Całe urządzenie zostało zamknięte w wodoodpornym parylenie.

Ogniwo, które może utrzymać bańka mydlana

Przy powierzchni 0,1 cm² i wadze 0,057 miligrama ogniwo jest w stanie utrzymać standardowa bańka mydlana.

Ogniwo opracowane przez naukowców z Uniwersytetu Nauki i Technologii Króla Abdullaha w Arabii Saudyjskiej, źródło: pv-magazine

Testy

Ogniwa zostały przetestowane pod kątem ekspozycji na wodę morską i słodką. W kolejnych testach prace naukowców będą koncentrować się na zrozumieniu zachowania urządzeń w kontakcie z potem lub śliną, aby zapewnić lepszą integrację z medycznymi czujnikami. Według badaczy, takie badania przybliżą wykorzystanie organicznej fotowoltaiki o jeden krok do integracji w skomplikowanych systemach, takich jak samodzielne, zrównoważone, skórne lub wszczepione urządzenia biomedyczne.

Źródło: pv-magazine

Redakcja GLOBEnergia