Органические солнечные батареи все еще находится в стадии разработки, хотя в то же время уже достигнуты замечательные результаты. Исследователи из Китая и США показали путь, как можно значительно повысить эффективность стандартных органических фотоэлементов.
Для выработки электроэнергии из солнечного света в органических фотоэлементах используются органические молекулы. Хотя у таких органических фотоэлементов есть много преимуществ по сравнению с обычными кремниевыми, их стоимость все еще сравнительно высокая. Солнечные батареи из таких органических фотоэлементов легкие, даже гибкие, и в принципе могут быть изготовлены из недорогих исходных материалов в разных вариантах. Однако, чтобы достичь долговечности и качества кремниевых фотоэлементов, необходимо найти еще лучшие комбинации материалов для активного слоя и электродов. Это реальная проблема, потому что пока еще такие мощные архитектуры остаются все еще очень сложными и дорогими.
Стойкие к воздействию воздуха катоды, которые можно очень легко наносить на подложку, состоят из серебра или золота. Но эти металлы отличаются высокой работой выхода электронов, которая влияет на потенциал фотоэлементов и, следовательно, их мощность. Яо Луи из Пекинского университета химической технологии (Китай), а также Томас Рассел и Тодд Эмрик из Массачусетского университета в Амхерсте (США) и их команды в настоящее время разработали промежуточный слой из нового проводящего полимера, снижающего работу выхода электронов за счет своего дипольного характера. Тем самым стабильность и эффективность стандартных органических фотоэлементов повышаются.
В качестве материала для промежуточного слоя исследователи использовали новую полимерную конструкцию из ионных полимеров: «Эти ионные полимеры являются поликатионами, в которых заряженные частицы расположены внутри основной цепи полимера, а не в виде боковых групп», объясняют авторы. При такой конструкции заряд распределяется даже лучше по длине полимера, чем в обычных катионных полимерах, и конструкция полимера позволяет нацелено корректировать заряд и тем самым придавать ему дипольный характер. Однако сам полимер не отличается особой проводимостью, что является необходимым условием для промежуточного слоя в электронных компонентах. Чтобы снова значительно увеличить проводимость, в структуру полимера были включены фуллерен. Фуллерены состоят из шарикового каркаса только из атомов углерода.
Фуллереновые ион-полимеры были разработаны учеными методом поэтапного роста с использованием новых функциональных мономеров. Затем они встроили их в органический фотоэлемент в качестве промежуточного слоя, эффективность которого увеличилась на впечатляющие 300% и достигла двузначных значений после 10%. Такая эффективность находится в пределах обычных фотоэлементов. Таким образом, относительно простая инновация в материалах может значительно повысить эффективность.
Источник: https://www.enbausa.de/solarenergie/aktuelles/artikel/forscher-steigern-wirkungsgrad-organischer-pv-6341.html