Открытие ученых приблизило коммерциализацию органических солнечных батарей

Исследователи из Уорикского университета (Великобритания) обнаружили, что для эффективной работы органических солнечных батарей достаточно, чтобы лишь 1% поверхности электродов был электропроводящим. Открытие, о котором сообщает портал Phys. org, открывает возможности для использования разнообразных композитных материалов. Их можно будет размещать между электродами и слоями органических полупроводников, повышая производительность устройств и снижая их стоимость. Проект финансируется фондом Leverhulme Trust. Открытие может стать важным шагом на пути к коммерциализации солнечных батарей, использующих органические молекулы для преобразования света в электричество. Такие устройства будут легко размещаться на изогнутых поверхностях, например кузове автомобиля.

Фотоэлемент представляет собой тонкую пленку из органических полупроводников, зажатую между двумя электродами, выводящими из нее заряды во внешнюю цепь. Открытие специалистов из Уорикского университета опровергло устоявшиеся представления о том, как нужно проектировать такие устройства. Долгое время считалось, что 100% поверхности каждого электрода должно быть электропроводным для максимальной эффективности извлечения зарядов.

Научный руководитель проекта, доктор Росс Хаттон c факультета химии Уорикского университета, рассказывает о том, как начиналось исследование: «Принято считать, что если вы хотите оптимизировать работу органических солнечных элементов, то вам нужно максимально увеличить площадь соприкосновения электродов и органических полупроводников. Мы решили выяснить, так ли это».

Исследователи разработали опытный электрод с изменяемой площадью поверхности. Они обнаружили, что даже тогда, когда изоляция охватывает 99%, электрод продолжает работать так же хорошо, как если бы было задействовано 100%, при условии, что проводящие участки не слишком далеко расположены друг от друга.

В высокопроизводительных органических фотоэлементах необходимы дополнительные прозрачные слои между электродами и органическими полупроводниками, позволяющие оптимизировать распределение света и повысить стабильность устройства, но при этом способные проводить заряды. Это сложная задача, и немногие материалы отвечают таким требованиям.

«Это новое открытие означает, что композиты изоляторов и проводящих наночастиц (углеродные нанотрубки, фрагменты графена или металлические наночастицы) могут иметь большой потенциал с точки зрения реализации данной цели, повышая производительность или снижая стоимость устройства», — комментирует участница проекта доктор Динеша Дабера. По словам специалиста, «органические солнечные элементы очень близки к коммерциализации, но они еще не полностью к ней готовы. На этом пути будет полезно все, что позволит далее сократить стоимость технологий и одновременно повысить производительность».

Предполагается, что органические солнечные модули в массовом производстве будут отличаться высокой экологичностью, поскольку не содержат токсичных элементов и могут изготавливаться методом «рулон за рулоном». Они будут иметь очень низкий углеродный след и короткое время окупаемости энергии.

«Существует быстро растущая потребность в солнечных элементах, которые можно использовать на гибких субстратах, легких и настраиваемых по цвету, — говорит Росс Хаттон. — Обычные кремниевые солнечные элементы отлично подходят для крупномасштабного производства электроэнергии на солнечных фермах и на крышах зданий. Но к потребностям электрических транспортных средств и для интеграции в окна зданий они плохо приспособлены — между тем ни то ни другое больше не редкость. Органические солнечные элементы могут использоваться на изогнутых поверхностях, они очень легкие и малозаметные».