QAZAQ GREEN. Новое исследование предлагает переосмыслить органические солнечные элементы с помощью полусферической конструкции оболочки, которая обеспечивает расширенный угловой охват, что особенно выгодно для приложений, требующих гибкого захвата света, таких как носимая электроника, сообщает SPIE.

В погоне за устойчивыми энергетическими решениями поиск более эффективных солнечных элементов имеет первостепенное значение. Органические фотоэлементы стали многообещающей альтернативой традиционным кремниевым аналогам благодаря своей гибкости и экономичности. Однако оптимизация их работы остается серьезной проблемой.

Принятие новой формы

В новом исследовании Университета Абдуллы Гюля (Турция) переосмыслена структура органических фотоэлектрических элементов: выбрана полусферическая форма оболочки, что позволяет раскрыть беспрецедентный потенциал в поглощении света и угловом охвате. Как сообщается в журнале SPIE Journal of Photonics for Energy (JPE), эта инновационная конфигурация направлена на максимальное поглощение света и угловое покрытие, что обещает пересмотреть ландшафт технологий возобновляемых источников энергии. В исследовании представлен передовой вычислительный анализ и сравнительные бенчмарки, чтобы подчеркнуть замечательные возможности этой новой конструкции.

В исследовании профессор Дуюнг Ха из Университета Абдуллы Гюля исследует спектры поглощения в активном слое в форме полусферической оболочки, детально изучая взаимодействие света со структурой и материалами клетки с помощью вычислительной техники, известной как трехмерный анализ конечных элементов (FEA). FEA помогает решать сложные инженерные задачи, разделяя структуры на более мелкие и управляемые части, называемые конечными элементами, что позволяет моделировать и анализировать поведение всей структуры в различных условиях, например, при различных длинах волн и углах падения света.

Полученные результаты FEA поражают воображение. При воздействии поперечного электрического (TE)-поляризованного света полусферическая оболочечная структура продемонстрировала заметное увеличение поглощения света на 66 процентов по сравнению с устройствами с плоской структурой. Аналогично, при воздействии поперечного магнитного (TM)-поляризованного света наблюдалось заметное улучшение на 36 процентов.

В отличие от ранее описанных полуцилиндрических оболочек, полусферическая структура оболочки оказалась явным лидером. Она показала значительное увеличение поглощения света на 13 процентов для TE-поляризации и впечатляющее улучшение на 21 процент для TM-поляризации.

Светлое будущее: различные области применения

Помимо исключительных возможностей поглощения, полусферическая структура оболочки обеспечивает расширенный угловой охват, достигающий 81 градуса для TE-поляризации и 82 градусов для TM-поляризации. Такая адаптивность особенно важна для приложений, требующих гибкого захвата света, таких как носимая электроника.

Ха отмечает: «Благодаря улучшенным характеристикам поглощения и всесторонней направленности, предлагаемые активные слои в форме полусферической оболочки будут полезны в различных областях применения органических солнечных элементов, например, в биомедицинских устройствах, а также в таких приложениях, как окна и теплицы для получения энергии, интернет вещей и так далее».

Полусферическая форма оболочки знаменует собой значительный скачок вперед в разработке органических солнечных элементов. Используя возможности анализа методом конечных элементов и инновационной структурной инженерии, данное исследование помогает проложить путь к более яркому и устойчивому будущему, основанному на возобновляемых источниках энергии.