Các loại vật liệu hữu cơ dùng trong pin mặt trời potx

Các loại vật liệu hữu cơ dùng trong pin
mặt trời
Pin mặt trời đang là một xu hướng năng lượng sạch trong
tương lai không xa mà thế giới đang hướng tới. Để có thể
triển khai rộng rãi kiểu năng lượng mới này, đòi hỏi một
công nghệ mới nhằm giảm chi phí sản xuất, hạ giá thành
sản phẩm. Nếu như pin mặt trời vô cơ cho hiệu suất khá
cao nhưng lại gặp phải một số thách thức như công nghệ
sản xuất phức tạp, dẫn đến giá thành pin cao, thì pin mặt
trời dựa trên vật liệu hữu cơ lại giải quyết được vấn đề đó.
Theo Petritsch, dựa vào tính chất cơ học và quá trình xử
lý, các vật liệu bán dẫn hữu cơ dùng cho pin mặt trời có
thể chia thành 3 loại chính: các chất không hòa tan, các
chất hòa tan và tinh thể dạng lỏng. Dựa vào cấu trúc phân
tử thì chúng còn được phân loại cụ thể hơn thành:
oligome, monome, polyme. Các oligome và monome mà
hấp thụ ánh sáng khả kiến còn được gọi là các
chromophore, những chất có khả năng hòa tan được gọi
dye (chất màu), còn không hòa tan được gọi là pigment.

Hình 1: Sự phân loại bán dẫn hữu cơ theo tính chất cơ
học và tính chất quá trình xử lý chúng
1. Pigment
Hình 2 là các ví dụ tiêu biểu về các pigment quang điện.
Trong đó perylen, axit perylentetracacboxylic diimit,
phtalocyanin hoặc phtalocyanin kim loại, tạo cấu trúc
khung cho nhiều phân tử được dùng trong pin mặt trời
trên cơ sở chất màu gần đây. Fulleren (C60) và pentacen
không tan trong hầu hết các dung môi, nên cũng được
xem như là các pigment.

Hình 2: Cấu trúc phân tử của các pigment được dùng cho
pin mặt trời có hiệu suất cao.
2. Dye
Để tạo các pin mặt trời dựa trên pigment yêu cầu phải
lắng đọng các lớp hữu cơ bằng phương pháp hóa hơi chân
không. Đây là phương pháp mất nhiều thời gian và phức
tạp, đồng thời cũng không thể triển khai sản xuất với
lượng nguyên liệu lớn trên bề mặt lớn.
Thật may mắn rằng, có thể tổng hợp các pigment có khả
năng hòa tan bằng cách thêm các mạch nhánh thích hợp
vào phân tử, như đối với axit perylentetracacboxylic
diimit và phtalocyanin. Cách này cũng hòa tan được các
dẫn xuất fulleren như PCBM (hình 3).

Hình 3: Một số polyme liên hợp phổ biến và các đại phân
tử được dùng trong pin mặt trời hữu cơ
3. Polyme
Tùy thuộc vào cấu trúc phân tử mà các polyme về có thể
tan, không tan hay tinh thể lỏng, và đóng vai trò là chất
cho hoặc nhận điện tử trong pin mặt trời. Hình 3 là cấu
trúc phân tử của một số polyme bán dẫn. Trong đó,
fulleren có vai trò là chất nhận điện tử và dẫn xuất PCBM
có khả năng hòa tan, được dùng nhiều trong chế tạo pin
mặt trời.
4. Tinh thể lỏng (liquid crystals)
Các tinh thể lỏng chỉ mới xuất hiện gần đây như một loại
vật liệu dùng cho pin mặt trời hữu cơ. Với loại này, các
phần tử mang điện có độ linh động cao và độ dài khuyếch
tán exciton lớn, điều này rất thuận lợi cho hoạt động của
pin. Ở một khoảng nhiệt độ nào đó, tinh thể lỏng này có

những tính chất nằm giữa chất rắn và chất lỏng. Các phân
tử tinh thể lỏng có xu hướng sắp xếp theo một cấu trúc có
trật tự giống như các tinh thể rắn nhưng lại có tính chất cơ
học của chất lỏng