שכבה פעילה אורגנית בצורת חצי כדור בצורת מעטפת ליישום פוטו-וולטאי, לשיפור יעילות האנרגיה וכיסוי זוויתי; (שמאל למטה) חלוקה מרחבית של נורמות שדה חשמלי. קרדיט: D. Hah, doi 10.1117/1.JPE.14.018501
מחקר חדש מציע לעצב מחדש תאים סולאריים אורגניים עם מבנה מעטפת חצי כדורי כדי לספק כיסוי זוויתי רחב יותר, מה שמועיל במיוחד למכשירים הזקוקים לקליטת אור ניתנת להתאמה, כמו אלקטרוניקה לבישה.
החיפוש אחר פתרונות אנרגיה ברי קיימא שם עדיפות גבוהה לפיתוח תאים סולאריים יעילים יותר. תאים פוטו-וולטאיים אורגניים הפכו לבחירה מושכת בהשוואה לתאים רגילים מבוססי סיליקון, הודות לגמישותם ולעלויות הנמוכות יותר. עם זאת, שיפור הביצועים שלהם ממשיך להוות מכשול גדול.
מחבקת צורה חדשה
בצעד חלוצי, מחקר חדש מאוניברסיטת עבדאללה גול (טורקיה) מדמיין מחדש את המבנה של תאים פוטו-וולטאיים אורגניים, בוחר בצורת מעטפת חצי כדורית כדי לפתוח פוטנציאל חסר תקדים בקליטת אור וכיסוי זוויתי. כפי שדווח ב-SPIE Journal of Photonics for Energy (JPE), תצורה חדשנית זו שואפת למקסם את קליטת האור והכיסוי הזוויתי, תוך הבטחה להגדיר מחדש את הנוף של טכנולוגיות אנרגיה מתחדשת. המחקר מציג ניתוח חישובי מתקדם ואמות מידה השוואתיות כדי להדגיש את היכולות המדהימות של עיצוב חדש זה.
במחקר, פרופסור Dooyoung Hah מאוניברסיטת עבדאללה גול חוקר את ספקטרום הקליטה בתוך השכבה הפעילה בצורת חצי כדור בצורת מעטפת, ומספק בחינה מפורטת של האופן שבו האור מקיים אינטראקציה עם מבנה התא וחומריו באמצעות טכניקה חישובית הידועה כאלמנט סופי תלת מימדי. ניתוח (FEA). FEA יכולה לסייע בפתרון בעיות הנדסיות מורכבות על ידי חלוקת מבנים לחלקים קטנים יותר וניתנים לניהול הנקראים אלמנטים סופיים, מה שמאפשר הדמיה וניתוח של התנהגות המבנה כולו בתנאים שונים, כגון אורכי גל אור וזוויות פגיעה שונות.
תוצאות ה-FEA שדווחו מרשימות. כאשר הוא נתון לאור מקוטב חשמלי רוחבי (TE), מבנה המעטפת החצי-כדורית הציג עלייה מדהימה של 66 אחוזים בספיגת האור בהשוואה למכשירים בעלי מבנה שטוח. באופן דומה, עבור אור מקוטב מגנטי רוחבי (TM) נצפה שיפור ניכר של 36 אחוז.
בניגוד לעיצובי מעטפת חצי-גלינדריים שדווחו בעבר, מבנה הקונכייה חצי-כדורית הופיע כראש מוביל ברור. הוא התהדר בעלייה משמעותית של 13 אחוזים בספיגת האור עבור קיטוב TE ושיפור מרשים של 21 אחוז עבור קיטוב TM.
עתיד זוהר: מאיר יישומים מגוונים
מעבר ליכולות הספיגה יוצאות הדופן שלו, מבנה המעטפת חצי הכדור מציע כיסוי זוויתי מורחב, המתפרש על עד 81 מעלות עבור קיטוב TE ו-82 מעלות עבור קיטוב TM. יכולת הסתגלות זו היא יתרון במיוחד עבור יישומים הדורשים לכידת אור גמישה, כגון אלקטרוניקה לבישה.
Hah מעיר, "עם מאפייני הספיגה והכל-כיווניות המשופרים, השכבות האקטיביות המוצעות בצורת חצי כדור בצורת מעטפת יימצאו מועילות באזורי יישום שונים של תאים סולאריים אורגניים, כגון מכשירים ביו-רפואיים, כמו גם יישומים כגון חלונות לייצור חשמל ו חממות, אינטרנט-של-דברים וכן הלאה".
צורת המעטפת ההמיספרית מסמנת קפיצת מדרגה משמעותית בעיצוב תאים סולאריים אורגניים. על ידי רתימת הכוח של ניתוח אלמנטים סופיים והנדסת מבנים חדשנית, המחקר המדווח מסייע להאיר את הדרך לעתיד בהיר ובר קיימא יותר המופעל על ידי אנרגיה מתחדשת.
