Команда китайских исследователей разработала новый метод производства органических солнечных элементов (ОСЭ), которые не только более эффективны, но и безопасны для окружающей среды. В случае масштабирования эта технология может проложить путь к созданию более доступных и экологичных солнечных батарей.
Новые ОСЭ показали КПД около 20%, что является очень высоким показателем для этого типа солнечных элементов, особенно для тех, что не содержат токсичных химикатов. Для сравнения, другие разработки, например, недавние финские аналоги, смогли достичь лишь 18%.
В новых элементах использовался распространённый и безопасный растворитель — толуол (органическое вещество, менее токсичное, чем аналоги) — вместо других химикатов, как хлороформ (токсичный растворитель, часто используемый в лабораториях).
Разработанные исследователями из Шэньчжэньского технологического университета, новые ячейки также продемонстрировали высокую стабильность, что делает их хорошо подходящими для массового производства.
Одна из серьёзных проблем при создании высокопроизводительных органических солнечных элементов — это обеспечение точного расположения материалов внутри: они не должны быть ни скомканными, ни слишком разреженными. Эта внутренняя структура, или морфология (внутреннее строение и форма вещества), напрямую влияет на эффективность работы солнечного элемента.
Читайте: Первый в мире морской ветро-солнечный проект – Прирост выработки энергии в 5-раз
Эффективные и нетоксичные органические солнечные панели
Чтобы решить эту проблему, исследователи добавили два специальных химических вещества (названные ODBC и PDBC) в определённые слои солнечного элемента.
Это почти идентичные молекулы, называемые изомерами (молекулы с одинаковым атомным составом, но разным строением), но они обладают немного разными эффектами.
ODBC обладает более сильным дипольным моментом (величина, характеризующая асимметрию распределения зарядов в молекуле), что помогает материалам внутри солнечного элемента плотнее выстраиваться и раньше начинать формирование структуры.
Это делает её более упорядоченной, позволяя устройству эффективнее поглощать солнечный свет и передавать энергию. Размещение этого вещества в акцепторном слое (принимающем электроны), а не в донорном (отдающем электроны), приводит к созданию более гладкой и эффективной внутренней структуры и улучшенному движению электрических зарядов.
Они также замедляют процесс высыхания, поскольку ODBC и PDBC испаряются медленнее, давая материалам больше времени для формирования идеальной формы и слоёв. Это приводит к лучшему разделению и выравниванию, что повышает производительность.
Согласно статье, опубликованной по теме, это достижение стало возможно благодаря добавлению крошечных химических «помощников», или добавок, в слои солнечного элемента. Их можно сравнить с ингредиентами для выпечки, которые помогают пирогам подняться равномерно.
Проще говоря, эти добавки помогают «направлять» процесс «кристаллизации» (упорядоченного выстраивания) материалов по мере их высыхания. Благодаря этому они способствуют лучшему движению частиц-носителей заряда.
Улучшение структуры внутри солнечного элемента
Эти добавки также улучшают структуру внутри солнечного элемента, делая более упорядоченной и эффективной.
Чтобы добиться этого, команда учёных протестировала различные методы внедрения этих «помощников» и точно определила, где и как их использовать для достижения оптимальных результатов. И результаты говорят сами за себя.
Одна из конфигураций достигла сертифицированной эффективности 19,7%, что является лучшим показателем при использовании экологически чистого растворителя, такого как толуол. Другая система улучшила свою эффективность с 14% до 17% просто за счёт применения нового метода.
Они также отметили лучшую долгосрочную стабильность и меньшие потери энергии. Заглядывая в будущее, можно сказать, что этот новый подход может быть применён к различным типам органических солнечных элементов.
Это приближает технологию к коммерциализации и крупномасштабному производству эффективных, экологически чистых и рентабельных солнечных панелей.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU