سلول‌های خورشیدی پلیمری: اجزای سازنده، تولید، کاربردها و بازار

نوع مقاله : تالیفی

نویسندگان

1 پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران

2 پسادکترا- پژوهشگاه پلیمر

3 پژوهشگر، پژوهشگاه پلیمر

چکیده

نیاز بشر به انرژی اجتناب‌ناپذیر است که به‌طور روزافزون بیشتر می‌شود. دلیل این نیاز تغییرات فناوری و توسعه جوامع مختلف انسانی در سراسر جهان است. منابع انرژی زمین محدود است، در حالی که انرژی خورشیدی به‌وفور در سطح زمین یافت می‌شود. پلیمرهای به‌کاررفته در سلول‌های خورشیدی آلی اغلب از ساختارهای آروماتیک ناجورحلقه حاوی اتم‌های غیرکربنی مانند اکسیژن، نیتروژن و گوگرد تشکیل شده‌اند. این ساختارها شبکه رزونانسی تشکیل می‌دهند که باعث نزدیکی بالاترین اوربیتال‌های مولکولی اشغال‌شده (HOMO) به پایین‌ترین اوربیتال‌های مولکولی اشغال‌نشده (LUMO) و در نتیجه کوچک‌شدن گاف‌های انرژی می‌شود. به‌طور کلی، پلیمرها به‌عنوان دهنده و سایر مولکول‌ها به‌عنوان گیرنده الکترون استفاده می‌شوند تا الکترون‌ها را به سمت آند هدایت کنند. فعالیت در زمینه‌ فناوری‌های مختلف برای جمع‌آوری و ذخیره انرژی خورشیدی در حال انجام است و برخی فناوری‌ها رشد خوبی داشته‌اند. سلول‌های خورشیدی پلیمری یکی از این شاخه‌های فناوری است که به‌دلیل انرژی‌بری کم طی تولید و فرایند سریع تولید غلتک‌به‌غلتک از مزایای متعددی برخوردار است. از سوی دیگر، به‌دلیل انعطاف‌پذیری و سبکی، سلول‌های خورشیدی پلیمری کاربردهای گسترده و در حال توسعه‌ای یافته‌اند. از این‌رو، در آینده نزدیک با افزایش بازده و
طول عمر، این سلول‌ها رشد سریعی داشته و در حوزه‌هایی مانند مواد فوتوولتایی یکپارچه ساختمانی نقش غالب خواهند داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Polymer Solar Cells: Components, Production, Applications, and the Market

نویسندگان [English]

  • Ali Akbar Yousefi 1
  • Alireza Mohebbi 2
  • Samira Fallahdoost 3
1
2 Polymer solar cells center
3 Polymer Solar cell center
چکیده [English]

Human need for energy is an inevitable necessity, which is increasing day by day. The reason for this is the need for technological change and the development of various human societies around the world. There are limited sources of energy available on the earth, while solar energy is abundantly available at the surface of the earth. The polymers normally used in organic solar cells are often made of aromatic heterocyles structures which contain heteroatoms such as oxygen, nitrogen and sulfure. These structures form a resonating network which leads to closing together HUMO and LOMO which results in small energy gaps. Polymers are normally used as donors and other molecules are used as acceptors to conduct electrons towards anode. Activities on different technologies are underway to collect and store solar energy, and some of them have grown well. Polymer solar cells are one of these technological branches, which have many advantages due to their low energy consumption in their production and the rapid roll-to-roll production process. On the other hand, due to the flexibility and lightness of the polymeric solar cells, there are many developing applications for this type of solar cells. Thus, in the near future, by increasing the efficiency and longevity, polymer solar cells grow rapidly and take on dominant positions in areas such as building integrated photovoltaics (BIPVs).

کلیدواژه‌ها [English]

  • solar energy
  • polymer solar cell
  • conductive polymer
  • market
  • building integrated photovoltaic (BIPV)

مراجع

1.Sodagar H., http://www.hossein-sodagar.com (available in 15 Februrary 2018).
2.http://www.helpsavetheclimate.com/solar.html (available in 15 Februrary 2018).
3.https://www.eia.gov/energyexplained/images/charts/world-solar-large.gif (available in 15 Februrary 2018).
4.Azadi P., Nezam Sarmadi A., Mahmoudzadeh A., and Shirvani T., https://iranian-studies.stanford.edu/sites/default/files/publications/the_outlook_for_natural_gas_electricity_and_renewable_
energy_in_iran_2.pdf (available in 15 Februrary 2018).
5.Abbaszadeh P., Maleki A., Alipour M., and Kanani Maman Y., Iran’s Oil Developments Senarios by 2025, Energy Policy, 56, 612–622, 2013.
6.http://www.iea.org/stats/WebGraphs/IRAN2.pdf (available in 15 Februrary 2018).
7.Shams M.H., Khavari F., Mohammadi M., and Nouri J., A Review of Technology of Electricity Production from Solar Energy and Comparision of the World Largest Solar Power Plants, J. Dev. Indust. Tech. (Persian), 21, 1-22, 2013.
8.Thomas C.A., Donor-Acceptor Methods for Band Gap Reduction In Conjugated Polymers: The Role of Electron Rich Donor Heterocycles, University of Florida, Ph.D dissertation, 2002.
9.Polymer Photovoltaics A Practical Approach (Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers), Krebs F.C. (Ed.), SPIE, Bellingham, USA, 2007.
10.Fraas L. and Partain L., Solar Cells and Their Applications, John Wiley and Sons, USA, 2nd ed., 45-46, 2010.
11.Gregg B.A., Excitonic Solar Cells, J. Phys. Chem. B, 107, 4688-4698, 2003.
12.Allon H.I. and Peidong Y., Semiconductor Nanowires for Energy Conversion, Chem. Rev., 110, 527–546, 2010.
13.Ito T., Fukushima H., and Yamaguchi M., Efficiency Potential of Thin Film Polycrystalline Silicon Solar Cells by Silane-Gas-Free Process using Aluminum-induced-crystallization, Sol. Energ. Mat. Sol. Cells, 83, 91–99, 2004.
14.Lee J., Lakshminarayan N., Dhungel S.K., Kim K., and Yi J., Optimization of Fabrication Process of High-efficiency and Low-cost Crystalline Silicon Solar Cell for Industrial Applications, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 93, 256-261, 2009.
15.Ihn S-Gh, Shin K.S., JinJin M., Bulliard X., Yun S.Y., Choi Y.S., Kim Y., Park J.H., Sim M., Kim M., Cho K., Kim T., Choi D., Choi J.Y., Choi W., and Kim S., ITO-Free Inverted Polymer Solar Cells using a GZO Cathode Modified by ZnO, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 95, 1610–1614, 2011.
16.Kohlstädt M., Grein M., Reinecke P., Kroyer T., Zimmermann B., and Urfel U., Inverted ITO- and PEDOT: PSS-Free Polymer Solar Cells with High Power Conversion Efficiency, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 117, 98–102, 2013.
17.Gao C., Wu H., Que W., and Wei W., The Performance of New Polymer Solar Cells Based on Thiophene and Thienyl-quinoxaline with the Post Treatments, Mater. Lett., 122, 74–77, 2014.
18.Cai W., Gong X., and Yong Cao Y., Polymer Solar Cells: Recent Development and Possible Routes for Improvement in the Performance, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 94, 114–127, 2010.
19.Ebrahim S., Abdel-Fattah T.M., Soliman M., and Hafez M., Novel Organic Solar Cell Based on Polyaniline-Carbon Nanotubes Composite, ECS transactions, 220th ECS Meeting, Boston, MA, October 9-14, 41, 135-140, 2011.
20.Facchetti A., Polymer-Donor-Polymer Acceptor (All-polymer) Solar Cells, Mater. Today, 16, 123–132, 2013.
21. Kietzke T., Recent Advances in Organic Solar Cells Advances in Opto-electronics, 2007, 15 pages, 2007, doi: 10.1155/2007/40285
22.Brabec C.J., Sariciftci N.S., and Hummelen J.C., Plastic Solar Cells, Adv. Funct. Mater., 11, 15-26, 2001.
23.Semiconducting Polymers; Chemistry, Physics and Engineering, Hadziioannou G. and vanHutten P.F. (Eds.), Wiley-VCH, Germany, 88-91, 1999.
24.Liao K.S., Yambem S.D., Haldar A., Alley N.J., and Curran S.A., Designs and Architectures for the Next Generation of Organic Solar Cells, Energies, 3, 1212-1250, 2010.
25.Gunes S., Neugebauer H., and Sariciftci N.S., Conjougated Polymer-Based Organic Solar Cells, Chem. Rev., 107, 1324-1338, 2007.
26.Mazaheri M. and Landarani A., http://edu.nano.ir/paper/68 (available in 15 Februrary 2018).
27.European Photovoltaic Industry Association (EPIA), Solar Generation 6: Solar Photovoltaic Energy Empowering the World, EPIA, Brussels http://www.greenpeace.org/international/ Global/international/publications/climate/2011/Final%20SolarGeneration%20VI%20full%20report%20lr.pdf (available in 15 Februrary 2018).
28.Huang Y.C., Cha H.C., Chen C.Y., and Tsao C.S, Morphological Control and Performance Improvement of Organic Photovoltaic Layer of Roll-to-Roll Coated Polymer Solar Cells, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 150, 10–18, 2016.
29.Krebs F.C., Gevorgyan S.A., and Alstrup J., A Roll-to-Roll Process to Flexible Polymer Solar Cells: Model Studies, Manufacture and Operational Stability Studies, J. Mater. Chem., 19, 5442–5451, 2009.
30.Søndergaard R.R., Hösel M., and Krebs F.C., Large-Area Processing of Organic Photovoltaics, in Organic Solar Cells: Fundamentals, Devices, and Upscaling, Rand B.P. and Richter H (Eds.), CRC, Taylor and Francis, USA, 639-660, 2014.
31.Kazemifard S., Naji L, Afshar Taromi F., and Fakharan Z., Polymer Solar Cells and Their Performance Mechanism and Characterization (Persian), Polymerization, 6, 44-54, 2015.
32. Mahmoudi S., Naji L., and Kazemifard S., An Introduction to Poly(3,4-thiophene)ethylenedioxy-Polystyrene Sulfonate as a Hole Transporting Layer in Polymer Solar Cells (Presian), Polymerization, 7, 13-25, 2017.
33.Aruvian’s Research, Analyzing Organic Photovoltaics, 2016, http://www.discoveryinvesting.com/blog/2014/7/15/case-study-of-a-growth-driver-silver-in-solar, (available in 15 Februrary 2018).
34.http://www.greenchipstocks.com/report/investing-in-solar-forecasts-trends-leaders/717, (available in 15 Februrary 2018).
35.Sondergaard R., Hosel M., Angmo D., Larsen-Olsen T.T., and Krebs F.C., Roll-to-Roll Fabriccation of Polymer Solar Cells, Mater. Today, 15, 36-49, 2012.
36.Global Building Integrated Photovoltaic: 2014-2022, Aim Market Insight, November 2016.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار