Новая версия солнечных батарей, основанных на самосборных органических материалах
Новая версия солнечных батарей может способствовать исследованию нового класса устройств солнечной энергии. Новинка создана в лабораториях университета Райса и Пенсильванского университета.
Фотогальванические устройства, созданные химиком Рафаэлем Вердаццо и химиком Энрике Гомесом, основаны на блок-сополимерах — самосборных органических материалах, которые самостоятельно распределяются слоями. Открытие опубликовано в издании Nano Letters.
Пока коммерческие солнечные батареи на основе кремния обращают в электричество примерно 20% света, а экспериментальные устройства — до 25%, ячейки на основе полимеров способны значительно сократить стоимость солнечной энергии. Хотя они обладают всего 3%-ной эффективностью, это уже значительно лучше, чем удавалось достичь другим лабораториям.
«В таких батареях два важных компонента: один для электронов, а другой для положительных зарядов», - сказал Вердаццо. Нестабильность между двумя слоями, вызванная входом энергии — солнечного света— генерирует полезный ток.
С середины 1980-х исследователи экспериментировали с укладкой или смешиванием полимерных компонентов с ограниченным успехом. Позже смеси полимеров/фуллеренов достигли и превысили 10%-ную эффективность, но с фуллеренами — в данном случае с бакиболами C-60 — трудно работать.
Ученые обнаружили блок-сополимер P3HT-b-PFTBT, который делится на группы примерно 16 нанометров шириной. Еще более любопытной стала естественная тенденция полимеров формировать группы перпендикулярно стеклу. Сополимер был создан в присутствии верхнего слоя из стекла/оксида индия олова при скромной температуре 165 градусов по Цельсию.
«На бумаге, теоретически блок-сополимеры — отличные кандидаты в составляющие органических солнечных батарей, но никому не удавалось добиться с ними фотогальванической эффективности»,- сказал Вердаццо .- «Мы в идее блок-сополимеров не разочаровались и изготовили солнечные батареи в правильных условиях».
Тайны, с ними связанные, пока остались. «Не совсем понятно, почему сополимер организуется на электродах перпендикулярно к поверхности», - сказал ученый. - «Мы полагаем, что оба полимера хотят контактировать с покрытым оксидом индия олова стеклом. У нас есть мысли, что вызывает подобную ориентацию, но это только гипотезы».
Исследователи намерены экспериментировать с другими блок-сополимерами и учиться управлять их структурами, чтобы увеличить способность солнечной батареи улавливать фотоны и превращать их в электричество. Как только удастся добиться более высокой эффективности, ученые рассмотрят их долгосрочное использование.
Новая версия солнечных батарей может способствовать исследованию нового класса устройств солнечной энергии. Новинка создана в лабораториях университета Райса и Пенсильванского университета.
