مروری بر عملکرد سلول خورشیدی حساس‌شده به مواد رنگزا دارای پلیمرهای شفاف

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسنده

گروه پژوهشی مواد رنگزای آلی؛ ب) قطب علمی رنگ، پژوهشگاه رنگ

چکیده

دستگاه‌‌های فوتوولتائیک پلیمری به دلیل وزن کم، دوست‌دار محیط‌زیست بودن و سهولت فرآیندپذیری به عنوان یک منبع سبز برای تولید انرژی مورد توجه قرار دارند. به ویژه افزاره‌‌های فوتوولتائیک پلیمری شفاف به دلیل پتانسیل منحصربه‌‌فرد آن‌‌ها در زمینه افزایش برداشت نور خورشید توجه بیشتری را به خود جلب کرده‌‌اند. کوپلیمرهای نوع p با ساختار D-A به عنوان مواد حساس به نور جدید تهیه شده‌‌اند تا به صورت موفقیت‌‌آمیز طیف جذبی را به ناحیه IR منتقل کرده و در نتیجه ایجاد شفافیت کند. بخش مهمی از تحقیقات بر روی افزاره‌‌های فوتوولتائیک پلیمری شفاف بر روی ساخت الکترود متمرکز شده است. کوپلیمر PEDOT:PSS، نقره در اندازه نانو، بلورهای فوتونی یک‌بعدی و لایه‌‌های انتقال دهنده برپایه کربن، گزینه‌‌های مناسبی برای الکترودهای شفاف قابل قبول هستند. در بین این مواد، لایه‌‌های بازتابنده کامپوزیتی مانند ساختارهای بلوری فوتونیکی به دلیل طیف بازتابنده قابل تنظیم برای ساخت سلول‌‌های فوتوولتائیک پلیمری شفاف بسیار مناسب هستند که می‌‌توانند هم‌زمان پراکنش و انتقال نور را کنترل کنند. هدف از این مقاله، معرفی و تشریح افزاره‌‌های پلیمری فوتوولتائیک شفاف و عوامل موثر بر عملکرد آن‌‌ها است. درانتهای مقاله مختصری درباره فرصت تجاری‌‌سازی سلول‌‌های خورشیدی پلیمری بحث می‌‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Review on Dye-sensitized Solar Cells Performance Contain Transparent Polymers

نویسنده [English]

  • Mozhgan Hosseinnezhad
a) Department of Organic Colorants; Institute for Color Science and Technology, b) Center of Excellence for Color Science and Technology, Institute for Color Science and Technology
چکیده [English]

Polymeric photovoltaic devices are considered as a green source for energy production because of their low weight, environmental friendly and ease of process. Particularly, transparent polymer photovoltaic devices have attracted more attention because of their unique potential for increasing sunlight absorption. P-type copolymers with D-A structure have been developed as new light-sensitive materials to successfully transmit the absorption spectrum to the IR region, thereby creating transparency. Much of the research focus in transparent organic photovoltaics (TOPV) is on the electrode. PEDOT:PSS copolymer, thin silver, 1D photonic crystal, and other carbon-based transporting layers have proved to be good candidates for transparent electrodes. Among these materials, the composite mirror layers, such as photonic crystal structures, are more favorable in transparent organic photovoltaics because of their tunable reflection spectra that can control both the transmittance and color rendering. The purpose of this paper is to introduce and illustrate transparent photovoltaic polymer devices and the factors affecting their performance. Finally, some brief performance and outlook of the transparent organic photovoltaics are presented.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dye-sensitized solar cells
  • Transparent electrode
  • PEDOT:PSS
  • Photonic Crystal
  • p-type copolymers
. Li, R. Zhu, Y. Yang, "Polymer solar cells", Nat. Photonics. 6, 153-161, 2012.
2. J. Zhao, Y. Li, G. Yang, K. Jiang, H. Lin, H. Ade, W. Ma, H. Yan, "Efficient organic solar cells processed from hydrocarbon solvent", Nat. Energy, 1, 15027, 2016.
3. C. Sun, F. Pan, H. Bin, J. Zhang, L. Xue, B. Qiu, Z. Wei, Z. G. Zhand, Y. Li, "A low cost and high performance polymer donor material for polymer solar cells", Nat. Commun. 9, 743-752, 2018.
4. G. Xu, L. Shen, C. Cui, S. Wen, R. Xue, W. Chen, H. Chen, J. Zhang, H. Li, Y. Li, "High performance colorful semitransparent polymer solar cells with ultrathin hybrid-metal electrodes and fine-tuned dielectric mirrors", Adv. Funct. Mater. 27, 1605908-1605917, 2017.
5. R. Tipnis, D. Lair, M. Mathai, "Polymer-based materials for printed electronics: enabling high efficiency solar power and lighting", Mater. Matters. 3, 92-95, 2016.
6. A.A.F. Husain, W.Z. Hasan, S. Shafie, M.N. Hamidon, S.S. Pandey, "A review of transparent solar photovoltaic technologies", Renew. Sustain. Energy Rev. 94, 779-791, 2018.
7. G. Li, C.W. Chu, V. Shrotriya, J. Huang, Y. Yang, "Efficient inverted polymer solar cells", Appl. Phys. Lett. 88, 23502-23509, 2006.
8. H. Cao, W. He, Y. Mao, X. Lin, K. Ishikawa, J.H. Dicherson, W.P. Hess, "Recent progress in degradation and stabilization of organic solar cells", J. Power Sources, 264, 168-183, 2014.
9. M. Jogensen, K. Norrman, S.A. Gevorgyan, T. Tromholt, B. Anderson, F.C. Krebs, "Stability of polymer solar cells", Adv. Mater. 24, 580-612, 2012.
10. M.M. Wienk, M. Turbiez, J. Gilot, R.A. Janssen, "Narrow-bandgap diketopyrrolo-prrole of processing on the performance", Adv. Mater. 20, 2556-2560, 2008.
11. L. Huo, J. Huo, H.Y. Chen, S. Zhang, Y. Jiang, T.L. Chen, Y. Yang, "Bandgap and molecular level control of the low-bandgap polymers based on 3,6-dithiophene-2-yl-2,5-dihydropyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione toward highly efficient polymer solar cells", Macromolecules 42, 6564-6571, 2012.
12. S.Y. Chang, P. Cheng, G. Li, Y. Yang, "Transparent polymer photovoltaics for solar eEnergy harvesting and beyond", Joule, 2, 1039-1054, 2018.
13. Y.C. Lin, H.W. Cheng, Y.M. Su, B.H. Lin, Y.J. Lu, C.H. Chen, H.C. Chen, Y. Yang, K.H. Wei, "Molecular engineering of conjugated polymers enhances blend structures", Nano Energy 43, 138-148, 2018.
14. A.J. Kronemeijer, E. Gili, M. Shahid, J. Rivnay, A. Salleo, "A selenophene-based low-bandgap donor-accetor polymer leading to fast ambipolar logic", Adv. Mater. 24, 1558-1565, 2012.
15. C.C. Chen, L. Dou, J. Gao, W.H. Chang, G. Li, Y. Yang, "High-performance semi-transparent polymer solar cells possessing tandem structure", Energy Environ. Sci. 6, 2714-2720, 2013.
16. م. حسین‌‌نژاد، م. قهاری، "مروری بر نانوکامپوزیت‌‌های دی‌‌اکسید تیتانیم مورد استفاده در سلول خورشیدی حساس شده به مواد رنگزا"، نشریه علمی مطالعات در دنیای رنگ، 3، 64-55، 1398.
17. Y. Lin, Y. Su, J. Li, B. Lin, C. Chen, H. Chen, K. Wu, Y. Yang, K. Wei, "Energy transfer within small molecule/conjugated polymer blends enhances photovoltaic efficiency", J. Mater. Chem. A. 5, 18053-18063, 2017.
18. Z. Lin, J. Wang, Z.G. Zhang, H. Bai, Y. Li, D. Zhu, X. Zhan, "An electron acceptor challenging fullerenes for efficient polymer solar cells", Adv. Mater. 27, 1170-1174, 2015.
19. W. Wang, C. Yan, T.K. Law, J. Wang, K. Liu, Y. Fan, X. Lu, "Fused hexacyclic nonfullerene acceptor with strong near-infrared absorption for semitransparent organic solar cells with 9.77% efficiency", Adv. Mater. 29, 1701308-1701314, 2017.
20. Y. Li, J.D. Lin, X. Che, Y. Du, F. Liu, L.S. Liao, S.R. Forrest, "High efficiency near-infrared and semitransparent non-fulleren acceptor organic photovoltaic cells", J. Am. Chem. Soc. 139, 17114-17119, 2017.
21. M.C. Choi, Y. Kim, C.S. Ha, "Polymers for flexible displays: from materials selection to device application", Prog. Polym. Sci. 33, 581-630, 2008.
22. H. Seema, Z. Zafar, A. Samreen, Evaluation of solution processable polymer reduced graphene oxide transparent films as counter electrodes for dye-sensitized solar cells, Arabian. J. Chem. 10, 70-78, 2020.
23. J. Zhang, Y. Hao, L. Yang, H. Mohammadi, N. Vlachopoulos, L. Sun, A. Hagfeldt, E. Sheibani, "Electrochemically polymerized poly (3, 4-phenylenedioxythiophene) as efficient and transparent counter electrode for dye sensitized solar cells", Electrochimi. Acta. 300, 482-488, 2019.
24. S. Mozaffari, J. Behdani, Mesoporous poly α-naphtylamine film as platinum-free counter electrode in dye sensitized solar cell, Optik, 182, 282-294, 2019.
25. G. Li, L. Sheng, T. Li, J. Hu, P. Li, K. Wang, "Engineering flexible dye-sensitized solar cells for portable electronics", Sol. Energy, 174, 80-98, 2019.
26. A.S.A. Ahmed, W. Xiang, X. Hu, C. Qi, S.I. Amiinu, X. Zhao, "Si3N4/MoS2PEDOT/PSS composite counter electrode for bifacial dye-sensitized solar cells", Sol. Energy. 173, 1135-1143, 2018.
27. C.S. Allardyce, C. Fankhauser, S.M. Zakeeruddin, M. Gratzel, P.J. Dyson, "The influence of greenhouse-integrated photovoltaics on crop production", Sol. Energy, 155, 517-522, 2017.
28. C. Corrado, S.W. Leow, M. Osbom, I. Carbone, K. Hellier, M. Short, G. Alers, S.A. Carter, "Power generation study of luminescent solar concentration greenhouse", J. Renew. Sustain. Energy, 8, 04352, 2016.
29. T.D. Nielsen, C. Cruickshank, S. Foged, J. Thorsen, F.C. Krebs, "Business, market and intellectual property analysis of polymer solar cells", Sol. Energy Mater. Sol. Cell 94, 1553-1571, 2010