Καινοτόμες τεχνικές ανάπτυξης εύκαμπτων οργανικών φωτοβολταϊκών από το ΤΕΙ Κρήτης

Πρόσφατα η ομάδα Νανοϋλικών & Οργανικών Ηλεκτρονικών (nano.teicrete.gr) με επικεφαλής τον Δρ. Εμμανουήλ Κυμάκη, τακτικό Αναπληρωτή Καθηγητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών παρουσίασε δύο εργασίες που αναμένεται να συγκεντρώσουν ιδιαίτερο ερευνητικό ενδιαφέρον.

Εκμεταλλευόμενοι τη δυνατότητα επεξεργασίας υπό την μορφή διαλύματος και τη χημική σταθερότητα των παραγώγων του γραφενίου όπως του οξειδίου του γραφενίου, οι ερευνητές κατόρθωσαν να ενσωματώσουν γραφενικές δομές στα διάφορα δομικά στοιχεία ενός φωτοβολταϊκού κελιού, ενισχύοντας σημαντικά την απόδοσή και τις προοπτικές για την γρήγορη εμπορική αξιοποίηση τους.

Αρχικά ακολουθώντας μια οπτική τεχνική που κάνει χρήση βραχέων παλμών λέιζερ, επετεύχθη η βελτίωση και ταυτόχρονα ο έλεγχος των οπτοηλεκτρονικών ιδιοτήτων λεπτών αγώγιμων υμενίων ανηγμένου οξειδίου του γραφενίου πάνω σε εύκαμπτα υποστρώματα. Η ελεγχόμενη ακτινοβόληση επέτρεψε την μερική, επιφανειακή αποδόμηση του ανηγμένου οξειδίου του γραφενίου και το σχηματισμό μικροσκοπικών «πηγαδιών» σε απόλυτα ελεγχόμενες και διατεταγμένες θέσεις πάνω στην επιφάνεια των γραφενικών ημενίων.

Τα παραγόμενα υμένια παρουσιάζουν εξαιρετική μηχανική σταθερότητα, ηλεκτρική αγωγιμότητα και οπτική διαπερατότητα επιτρέποντας τη χρήση τους ως διαφανή αγώγιμα ηλεκτρόδια σε εύκαμπτες οργανικές φωτοβολταϊκές διατάξεις. Είναι αξιοσημείωτο το γεγονός ότι η ερευνητική ομάδα κατάφερε να παρασκευάσει φωτοβολταϊκα κελιά, επιτυγχάνοντας την υψηλότερη απόδοση που έχει αναφερθεί μέχρι και σήμερα για εύκαμπτες διατάξεις βασισμένες σε γραφενικά ηλεκτρόδια.

Παράλληλα, στοχεύοντας στην αξιοποίηση των μοναδικών ιδιοτήτων του γραφενίου, οι ερευνητές κατόρθωσαν να συνθέσουν φωτοχημικά καινοτόμες γραφενικές δομές.

Συγκεκριμένα, η ελεγχόμενη ακτινοβόληση με λέιζερ επέτρεψε την γρήγορη και εύκολη τροποποίηση του οξειδίου του γραφενίου με χημικά μόρια που μπορούν να λειτουργήσουν ως δέκτες ηλεκτρονίων όταν ενσωματωθούν στο φωτοενεργό στρώμα των φωτοβολταϊκών κυψελίδων.

Οι παραγόμενες γραφενικές δομές παρουσιάζουν υψηλή διαλυτότητα σε οργανικούς διαλύτες, ενώ ο οπτικά προκληνόμενος εμπλουτισμός τους με άλλα μόρια επιτρέπει τη τροποποίηση και τη ρύθμιση των ενεργειακών επιπέδων τους, καταδεικνύοντας τη δυνατότητα χρήσης τους σε πλήθος ενεργειακών εφαρμογών.

Για την εν λόγω καινοτομία συνεργάστηκαν οι ομάδες του Αν. Καθ. Εμμανουήλ Κυμάκη από το Κέντρο Τεχνολογίας Υλικών και Φωτονικής του ΤΕΙ Κρήτης (Επ. Καθ. Κωνσταντίνος Πετρίδης, Δρ. Μηνάς Στυλιανάκης, Μεταπτυχιακοί φοιτητές Δημήτριος Κωνιός, Γεώργιος Κακαβελάκης) και του Δρ. Εμμανουήλ Στρατάκη από το Εργαστηρίου Μικρο-Νανο δόμησης με Υπερβραχείς Παλμούς Λέιζερ (ΕΜΝΥΛ) του ΙΤΕ (Μεταπτυχιακές φοιτήτριες Μαρία Συγγλέτου, Κυριακή Σάββα).

Οι ανωτέρω εργασίες δημοσιεύτηκαν στα έγκυρα διεθνή επιστημονικά περιοδικά,  Advanced Functional Materials και  Advanced Optical Materials, και χάρη στην πρωτοτυπία τους  χαρακτηρίστηκαν ως “VIP articles” με αποτέλεσμα να διακοσμήσουν τα Β’ εξώφυλλα (inside front covers) τευχών των εν λόγω περιοδικών