Органические солнечные элементы - это фотоэлектрические технологии со светопоглощающими слоями, изготовленными из проводящих органических полимеров или органических молекул. Эти решения для солнечной энергетики могут иметь заметные преимущества по сравнению со своими неорганическими аналогами, включая меньший вес, большую площадь покрытия и более низкие затраты на изготовление.

Некоторые органические солнечные элементы, созданные за последние несколько лет, достигли многообещающей эффективности преобразования энергии более чем на 19%. Тем не менее, создание органических ячеек, которые были бы эффективными, но в то же время стабильными в своей долгосрочной эксплуатации, оказалось весьма сложной задачей.

Исследователи из Южно-Китайского технологического университета и Университета Фридриха-Александра Эрлангена-Нюрнберга недавно разработали новые органические солнечные элементы с хорошей эффективностью преобразования энергии и улучшенной стабильностью. Эти ячейки, представленные в статье в Nature Energy, характеризуются измененной длиной молекулярной цепи, достигаемой с использованием ряда акцепторов олигомеров (т.е. молекул, состоящих из множества связанных атомов, которые могут связываться с электронами).

"Многие работы показали, что полимерные акцепторы серии Y могут поддерживать выдающиеся фотоэлектрические характеристики своих предшественников - малых молекулярных акцепторов (SMAs), а цельнополимерные солнечные элементы имеют большие преимущества в стабильности морфологии по сравнению с SMAs, что показывает большой потенциал для их практического применения", - Нин Ли, один из исследователей кто проводил исследование, рассказал TechXplore. "Однако эти виды полимерных акцепторов серии Y имеют неопределенную молекулярную массу и задерживаются различиями между партиями".

Чтобы преодолеть ограничения ранее описанных полимерных акцепторов серии Y, Ли и его коллеги подготовили альтернативную серию акцепторов на основе олигомеров, класса полимеров с молекулами, состоящими из относительно небольшого числа повторяющихся единиц атомов или групп атомов. Впоследствии они провели эксперименты, проверяющие их эффективность, а также исследовали взаимосвязь молекулярной массы и функции и переход свойств от SMAs к полимерным акцепторам.

В этих экспериментах органический солнечный элемент на основе акцептора олигомера, подготовленный исследователями, достиг эффективности преобразования энергии более 15% и экстраполированного срока службы T80 более 25 000 часов. Эти значения подтверждают перспективность стратегии команды по созданию органических ячеек, которые являются одновременно стабильными и эффективными.

"Разработанный нами олигомерный акцептор не только наследует соответствующую кристалличность от SMA, но и обладает сопоставимой с полимерными акцепторами термической стабильностью, способствуя разработке солнечных элементов, сочетающих высокую эффективность с длительным сроком службы", - пояснил Ли. "В целом, предложенная нами олигомерная стратегия может помочь решить головоломку создания стабильных и эффективных OSCS и обеспечить инновационное понимание молекулярного дизайна".

В будущем новая конструкция органических солнечных элементов, представленная этой командой исследователей, может проложить путь к разработке технологий органических солнечных элементов, которые могут быть эффективно внедрены в больших масштабах. Ли и его коллеги теперь продолжат работать над своим дизайном, чтобы добиться большей эффективности и стабильности.

"Сейчас мы планируем дополнительно оптимизировать молекулярный дизайн акцепторов олигомеров, чтобы одновременно повысить эффективность и стабильность OSCS", - добавил Ли. "Мы также хотели бы снизить затраты на подготовку акцепторов олигомеров, чтобы соответствовать требованиям для коммерческого производства".