NREL มีความสามารถในการวิจัยเสริมที่แข็งแกร่งในเซลล์โฟโตโวลเทอิกอินทรีย์ (OPV) การทำออกไซด์โปร่งใสวิธีการรวมกันวิธีการจำลองโมเลกุลและการประมวลผลบรรยากาศ
ตั้งแต่การศึกษาทางกายภาพขั้นพื้นฐานไปจนถึงการวิจัยประยุกต์ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับโซล่าเซลล์เครื่องชาร์จ แบตเตอรี่ Solarที่เกี่ยวข้องกับความต้องการของอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์เรากำลังพัฒนาวัสดุโครงสร้างอุปกรณ์และเครื่องมือที่จำเป็นในการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้โพลีเมอร์ซึ่งมีความยืดหยุ่นน้ำหนักเบาและราคาไม่แพง งานหลักของเรามุ่งเน้นไปที่การวิจัยเซลล์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ (PV) แต่ความก้าวหน้าของเราในการทำความเข้าใจและสร้างวัสดุและกระบวนการใหม่ ๆ ก็ถูกนำไปใช้ในพื้นที่เช่นไดโอดเปล่งแสงอินทรีย์และจอแสดงผลทรานซิสเตอร์แบบฟิล์มบาง
ในการพัฒนาอุปกรณ์ OPV NREL กำลังพัฒนาความก้าวหน้าในวัสดุการสะสมและการแปรรูปวัสดุและการประดิษฐ์อุปกรณ์ภายใต้อุณหภูมิและสภาวะความดันโดยรอบ
OPV เป็นเทคโนโลยี PV ที่เกิดขึ้นใหม่อย่างรวดเร็วพร้อมการปรับปรุงประสิทธิภาพของเซลล์ (ปัจจุบัน ~ 13.2%) ส่งเสริมอายุการใช้งานเริ่มต้น (> 5,000 ชั่วโมงโดยไม่ต้องห่อหุ้ม) และมีศักยภาพในกระบวนการผลิตแบบม้วนต่อม้วน ตลาด PV แบบรวมอาคารอาจพบว่า OPV น่าสนใจเป็นพิเศษเนื่องจากมีตัวดูดซับในสีที่แตกต่างกันและความสามารถในการสร้างอุปกรณ์โปร่งใสที่มีประสิทธิภาพ
จุดแข็งที่ยอดเยี่ยมของ OPV อยู่ที่ความหลากหลายของวัสดุอินทรีย์ที่สามารถออกแบบและสังเคราะห์สำหรับตัวดูดซับตัวรับและอินเทอร์เฟซ แต่เราจำเป็นต้องปรับปรุงประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของอุปกรณ์เพิ่มเติม เราต้องเข้าใจพื้นฐานของการทำงานของอุปกรณ์ซึ่งรวมถึงกระบวนการแยกประจุกลไกการเคลื่อนย้ายประจุฟิสิกส์ของอุปกรณ์และผลกระทบระหว่างกัน สิ่งนี้จะช่วยให้เราสามารถออกแบบสถาปัตยกรรมอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพและมีเสถียรภาพมากขึ้นโดยใช้วัสดุที่มีการปรับปรุงการจัดตำแหน่งระดับพลังงานการตอบสนองทางสเปกตรัมและคุณสมบัติการขนส่ง
ความเชี่ยวชาญของเรา
นักวิทยาศาสตร์ของ NREL ใช้ระบบเคลือบนี้เพื่อพัฒนาฟิล์ม OPV ในห้องปฏิบัติการ
เรามีความเชี่ยวชาญใน:
การสะสมสารละลายของฟิล์มบางอินทรีย์และอนินทรีย์โดยการเคลือบสปินการสะสมของสเปรย์การเคลือบใบมีดการพิมพ์ไมโครกราเวียร์และการเคลือบสล็อตดาย
การสะสมฟิล์มบางโดยการสปัตเตอริงและการทับถมด้วยเลเซอร์พัลซิ่งพร้อมคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องการวิเคราะห์และการทำแผนที่
วัสดุศาสตร์ Combinatorial ปริมาณงานสูง
การจำลองพลวัตของโมเลกุลขนาดใหญ่ของฟิล์มโมเลกุลและการผสมผสานของวัสดุโมเลกุล
การประมวลผลบรรยากาศ
นักวิจัยของเราได้คิดค้นและถ่ายโอนเทคโนโลยี OPV ไปยังอุตสาหกรรมและเราพัฒนาเซลล์ด้วยประสิทธิภาพที่ดีขึ้นความน่าเชื่อถือและความคุ้มทุน นอกจากนี้สมาชิกในกลุ่มของเรายังเป็นผู้จัดงานหลักและมีส่วนร่วมในการประชุมระดับอุตสาหกรรมเช่นการประชุม Organic Photovoltaics Meeting และ International Summit on OPV Stability
พื้นที่วิจัย
การถ่ายเทประจุระหว่างตัวดูดซับท่อนาโนคาร์บอนและตัวรับฟูลเลอรีน การศึกษาดังกล่าวให้ข้อมูลเกี่ยวกับการสูญเสียพลังงานที่จำเป็นสำหรับการแยกประจุใน OPV และแจ้งการพัฒนาวัสดุของระบบ OPV ในอนาคต (ดู http://www.nrel.gov/news/press/2016/25678.html)
R&D ของเราจัดการกับความท้าทายที่สำคัญในด้านเหล่านี้:
วัสดุโช้คหน้าสัมผัสและวัสดุกั้นใหม่
เราพัฒนาและใช้วัสดุดูดซับประสิทธิภาพสูงใหม่เพื่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานที่ดีขึ้นโดยมุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงแรงดันไฟฟ้าและความเสถียรในการเกิดโฟโต้ออกซิเดชั่น
ชั้นสัมผัสอิเล็กตรอน / รูใหม่
เรามีนักวิทยาศาสตร์และเครื่องมือในการผสมผสานการออกแบบโมเลกุลโดยใช้ทรัพยากรการคำนวณกับการสังเคราะห์อินทรีย์เพื่อพัฒนาตัวรับและผู้บริจาคใหม่เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของอุปกรณ์
กลไกการย่อยสลายของวัสดุและอุปกรณ์
เราตรวจสอบและแสดงให้เห็นถึงวัสดุและสถาปัตยกรรมอุปกรณ์ใหม่ ๆ ที่ช่วยลดการเสื่อมสภาพซึ่งนำไปสู่ความเสถียรของอุปกรณ์ที่ดีขึ้น เราได้พัฒนาระบบการย่อยสลายแบบคอมบิเนเตอร์ที่ช่วยให้เราสามารถวัดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ฟิล์มบางภายใต้แสงที่อุณหภูมิพื้นผิวที่แตกต่างกันโดยมีหรือไม่มีฟิลเตอร์หรือภายใต้รอบการทำงานที่แตกต่างกัน ระบบนี้ช่วยให้เราสามารถประเมินอายุการใช้งานของตัวอย่างจำนวนมากภายใต้เงื่อนไขเดียวกันหรือต่างกันในลักษณะคู่ขนาน นอกจากนี้ระบบวิเคราะห์พารามิเตอร์แสงอาทิตย์ของเรายังช่วยให้สามารถกำหนดคุณลักษณะเฉพาะความน่าเชื่อถือในระยะยาวของเซลล์ PV แต่ละเซลล์ได้
กลไกและแรงผลักดันการพึ่งพาการถ่ายเทประจุระหว่างวัสดุของผู้บริจาคและผู้รับ
เราศึกษากลไกพื้นฐานของการถ่ายเทประจุระหว่างพอลิเมอร์โฟโตแอกทีฟกับโมเลกุลฟูลเลอรีนที่ออกแบบทางวิศวกรรมหรือท่อนาโนคาร์บอน
เครื่องมือและความสามารถ
เรามีทรัพยากรและนักวิทยาศาสตร์ที่พร้อมสำหรับการวิจัยและพัฒนาในพื้นที่ OPV ซึ่งรวมถึงการสะสมฟิล์มบางวิธีการรวมกันของปริมาณงานสูงและการประมวลผลบรรยากาศ
การออกแบบการคำนวณอย่างรวดเร็วของตัวดูดซับแบบใหม่
NREL ได้พัฒนาฐานข้อมูลเชิงคำนวณสำหรับวัสดุชั้นแอคทีฟสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ออร์แกนิกโฟโตโวลเทอิกด้วยการคำนวณคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของโพลีเมอร์ใหม่และโมเลกุลขนาดเล็กจำนวนนับหมื่นซึ่งเป็นตัวเลือกสำหรับตัวดูดซับใหม่
การจำลองอะตอมมิกขนาดใหญ่ (~ 100,000 อะตอม) ของโครงสร้างฟิล์มโพลีเมอร์สถานะของแข็งและสัณฐานวิทยา
ชุดเครื่องมือ STREAMM ช่วยให้สามารถจำลองโครงสร้างฟิล์มของโมเลกุลใหม่ในลักษณะกึ่งอัตโนมัติสำหรับการคัดกรองตัวดูดซับที่รวดเร็ว
โฟโตวินาทีโฟโตลูมิเนสเซนซ์การดูดซับชั่วคราวและสเปกโทรสโกปีเทราเฮิร์ตซ์ชั่วคราว
เทคนิคเหล่านี้ช่วยให้เราสามารถศึกษาพลวัตของสารกระตุ้นและผู้ให้บริการชาร์จและศึกษาการถ่ายเทประจุที่อินเทอร์เฟซ
การนำไมโครเวฟชั่วคราว
เครื่องมือที่ไม่เหมือนใครนี้มีความไวเป็นพิเศษต่อผู้ให้บริการที่คิดค่าบริการฟรีและช่วยให้สามารถศึกษาเกี่ยวกับการสร้างผู้ให้บริการและการถ่ายโอนประจุได้อย่างละเอียดอ่อนที่ความเข้มของแสงที่เกี่ยวข้องกับแสงอาทิตย์
การสะสมสารละลายของฟิล์มบางอินทรีย์และอนินทรีย์
ซึ่งรวมถึงการเคลือบสปินการสะสมสเปรย์การเคลือบใบมีดการพิมพ์ไมโครกราเวียร์และการเคลือบสล็อตดายซึ่งมีความสามารถดังต่อไปนี้
เครื่องระเหยความร้อนตั้งอยู่ในสภาพแวดล้อมเฉื่อยที่มีไว้สำหรับการระเหยของโลหะสำหรับการเติมเต็มอุปกรณ์
เครื่องจำลองแสงอาทิตย์หน่วยประสิทธิภาพควอนตัมภายนอกหัววัดเคลวินสถานีหัววัดและสเปกโตรสโคปีอิมพีแดนซ์ในบรรยากาศเฉื่อย
พื้นที่ดูดควันสำหรับความสามารถในการสังเคราะห์สารอินทรีย์
การทดสอบความเสถียรในระยะยาว
ทีม OPV ใช้ระบบสำหรับทดสอบความเสถียรในระยะยาวของเซลล์ต้นแบบหลายร้อยเซลล์ควบคู่ไปกับการคัดกรองวัสดุและอุปกรณ์ใหม่ ๆ อย่างรวดเร็วเพื่อความเสถียร
การประมวลผลบรรยากาศ
ซึ่งจะช่วยลดปัญหาด้านต้นทุนและความสามารถในการปรับขนาดโดยรวมของการผลิต PV
เราพัฒนา “หมึก” และกระบวนการแปลงหมึกเพื่อสร้างวัสดุที่ต้องการพร้อมคุณสมบัติที่ต้องการ
เราพัฒนาวัสดุที่แปรรูปได้ในบรรยากาศซึ่งรวมถึงโลหะเซมิคอนดักเตอร์และออกไซด์
การประมวลผลบรรยากาศแบบสแตนด์อะโลน
เครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ทแบบตั้งโต๊ะสำหรับทดสอบหมึกพิมพ์และเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ทเชิงพาณิชย์
สถานีสเปรย์อัลตราโซนิก
เครื่องเคลือบแบบแผ่นต่อแผ่น
การสะสมแบบม้วนต่อม้วนด้วยการพิมพ์ไมโครกราเวียร์และการเคลือบสล็อตดาย
การเขียนด้วยเลเซอร์เพื่อเปิดใช้งานการเชื่อมต่อโครงข่ายเสาหินและการลบขอบ