Ученые из Университета Китайской академии наук добились важного научного прорыва в разработке органических солнечных элементов (ОСЭ) — легких и гибких аналогов привычных солнечных панелей. Исследование, проведенное под руководством профессора Хуан Хуэя и доцента Цай Юньхао, опубликовано в авторитетном журнале Nature Materials.
В чем смысл открытия?
Команда предложила новую стратегию проектирования материалов, которая позволила значительно повысить эффективность органических батарей. Разработанное ими устройство достигло лабораторного КПД (коэффициента полезного действия) 21%, а сертифицированный КПД составил 20,8% — это новый мировой рекорд в этой области.
Что такое органические солнечные элементы?
Это устройства, создаваемые на основе органических (углеродосодержащих) соединений. Они легче, гибче и проще в производстве, чем традиционные кремниевые панели. ОСЭ можно использовать в гибкой электронике, умной одежде, портативных гаджетах и встроенных в здания панелях. Кроме того, они потенциально более экологичны — их можно производить с использованием биоразлагаемых материалов и безопасных растворителей.
Несмотря на преимущества, ОСЭ долгое время уступали традиционным панелям по эффективности. Основной слабой точкой был катодный интерфейс — слой, через который заряды «выходят» из солнечного элемента. Его структура часто имела дефекты: плохо проводила ток, теряла часть энергии из-за утечек и не обеспечивала стабильную работу.
Как решили эту проблему?
Ученые разработали инновационную двухкомпонентную стратегию, объединив органические и неорганические материалы. Вместо простого смешивания они тщательно спроектировали их взаимодействие на молекулярном уровне. Это позволило:
снизить количество дефектов в интерфейсном слое,
повысить проводимость,
сделать плёнку более однородной,
улучшить передачу энергии и подавить потери за счет рекомбинации (когда электроны возвращаются «назад», не принеся пользы).
«Такой подход выходит за рамки обычного комбинирования материалов. Он включает скоординированную настройку их структуры и электронных свойств», — поясняет доцент Цай Юньхао.
Новая технология особенно перспективна для:
носимой электроники,
гибких и легких зарядных устройств,
космической техники и дронов,
энергоснабжения в экстремальных условиях.
«Интерфейсный материал демонстрирует высокую фотостабильность и механическую прочность. Это делает его перспективным решением для энергетики будущего — как на Земле, так и за ее пределами», — говорит Цай.
Кроме того, предложенная технология хорошо совместима с другими распространенными интерфейсными материалами, что значительно упрощает ее интеграцию в промышленное производство. По словам разработчиков, такой подход может применяться и в космических технологиях — например, для интеграции в скафандры. Это позволит обеспечивать дополнительную подзарядку оборудования и потенциально продлевать время пребывания космонавтов в открытом космосе.
Китайские ученые нашли способ получать энергию из атмосферы Марса
Весь горный хребет в Китае покрыли солнечными батареями: видео
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram