Органические полимеры показали солнечный потенциал

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.

30.05.2013