| Περίληψη |
Οι ανάγκες για ενέργεια παγκοσμίως αυξάνονται συνεχώς και εκτιμάται ότι θα διπλασιασθούν μέχρι τα μέσα του 21ου αιώνα. Παράλληλα, η μακροχρόνια χρήση συμβατικών πηγών ενέργειας έχει οδηγήσει σε συμβατική υποβάθμιση της ποιότητας του περιβάλλοντος. Σαν αποτέλεσμα, αποτελεί σήμερα άμεση προτεραιότητα της παγκόσμιας κοινότητας, η προώθηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, οι οποίες είναι φιλικές προς το περιβάλλον. Μεταξύ άλλων, ο ήλιος αποτελεί μια ανεξάντλητη, καθαρή και δωρεάν πηγή ενέργειας, με τα προτερήματα της χρήσης της ηλιακής ακτινοβολίας, για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, να είναι προφανή. Η εκμετάλλευση αυτής γίνεται με τη χρήση φωτοβολταϊκών διατάξεων.
Σήμερα, στα περισσότερα φωτοβολταϊκά στοιχεία του εμπορίου χρησιμοποιούνται ως φωτοενεργό μέσο κρύσταλλοι πυριτίου (Si). Οι κρύσταλλοι πυριτίου, όμως, απαιτούν πολλαπλά βήματα ενεργοβόρας εντατικής επεξεργασίας σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, οδηγώντας τις σχετικές διατάξεις σε ιδιαίτερα μεγάλο κόστος κατασκευής άρα και ιδιαίτερα μεγάλο χρόνο οικονομικής απόσβεσης. Η επιτάχυνση της διείσδυσης της ηλιακής ενέργειας στη συνολική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας απαιτεί το σχεδιασμό και την ανάπτυξη νέων υλικών, τα οποία θα συνδυάζουν χαμηλό κόστος με ικανοποιητική απόδοση.
Με την έλευση της νανοτεχνολογίας, η σύνθεση νανοδομημένων υλικών και η τροποποίηση της ηλεκτρονικής δομής τους απέκτησαν μεγάλη σημασία κυρίως λόγω των χρήσιμων εφαρμογών τους σε ηλεκτρονικές και οπτοηλεκτρονικές διατάξεις που έχουν αρχίσει να γίνονται ιδιαίτερα σημαντικές. Η νανοδόμηση μπορεί να ενισχύσει την απόδοση των χαρακτηριστικών του υλικού, προσδίδοντάς του μοναδικές ιδιότητες. Μεταξύ των υλικών που παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον είναι και τα οξείδια μετάλλων μετάπτωσης, όπως τα οξείδια του μολυβδαινίου, που είναι γνωστά για δεκαετίες ως ημιαγωγοί ευρέως ενεργειακού χάσματος (~3eV). Από την άλλη πλευρά η ανάπτυξη οπτοηλεκτρονικών συσκευών, που βασίζονται σε οργανικούς ημιαγωγούς (δηλαδή πλαστικές οπτοηλεκτρονικές συσκευές), όπως οι οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός (organic light emitting diodes, OLED) και τα οργανικά φωτοβολταϊκά (organic photovoltaics, OPV), έχει προσελκύσει τεράστιο ενδιαφέρον λόγω της δυνατότητας που έχουν για εφαρμογές σε πάνελ φωτισμού στερεάς κατάστασης, σε ηλιακά στοιχεία, σε φθηνές οθόνες, κλπ. Λόγω όμως της αστάθειας των οργανικών υλικών σε έκθεση περιβαλλοντικών συνθηκών, συνδυασμός των οργανικών με ανόργανους ημιαγωγούς αναμένεται να παράγει πιο σταθερές υβριδικές-οργανικές συσκευές υψηλής απόδοσης που μπορούν να συνδυάζουν επωφελώς την δυνατότητα επεξεργασίας από διάλυμα οπών και την υψηλή απόδοση φωτοφωταύγειας των οργανικών υλικών με την υψηλή κινητικότητα φορέων και τη σταθερότητα των ανόργανων υλικών.
Από την άποψη αυτή, διερευνούμε εδώ, τον ρόλο των πολυοξομεταλλικών ενώσεων (polyoxometalates, POMs), ως υμένια μεταφοράς ηλεκτρονίων, όπου εναποτίθενται στη διεπιφάνεια TiO2/οργανικού υλικού, με σκοπό την αύξηση της απόδοσης μετατροπής ισχύος (power conversion efficiency, PCEs) και του χρόνου ζωής σε οργανικά φωτοβολταϊκά (organic photovoltaics, OPVs). Αυτά τα διεπιφανειακά στρώματα μπορούν να εφαρμοστούν ευρέως για συσκευές που βασίζονται σε διάφορα φωτοενεργά υλικά συστήματα, όπως το PTB7:PC70BM, P3HT:IC60BA και P3HT:PC70BM.
Η ανάπτυξη, λοιπόν, των οργανικών φωτοβολταϊκών διατάξεων φαίνεται να αποτελεί μία ιδιαίτερα υποσχόμενη προσέγγιση, λόγω των πλεονεκτημάτων που εμφανίζει η τεχνολογία αυτή. Πλεονεκτήματα που αξίζει να επισημανθούν είναι το χαμηλό κόστος, η απλή διαδικασία παρασκευής τους, η ικανότητα ανάπτυξης σε μεγάλες διαστάσεις, ακόμα και σε εύκαμπτα υποστρώματα, αλλά και η δυνατότητα επιλογής βασικών χαρακτηριστικών τους, όπως για παράδειγμα το φάσμα απορρόφησης.
|
Πολυοξομεταλλικές ενώσεις ως υμένια μεταφοράς ηλεκτρονίων σε οργανικά φωτοβολταϊκά υψηλής απόδοσης
