Результаты исследования опубликованы в Science China Chemistry.

Новые материалы, PTQ14 и PTQ15, содержат трифторметил (CF₃), который улучшает их свойства, а себестоимость при этом в разы ниже аналогов.

Как этого добились

• Синтез сократили до 3–4 этапов, выход вещества — больше 80%.
• PTQ15 стоит всего 35 528 долларов за килограмм — в 5–6 раз дешевле популярных полимеров вроде PM6 (205 725 $/кг) и D18 (211 432 $/кг).

Что получилось

Солнечные элементы на основе PTQ15 с акцепторами K1/K6 показали рекордный КПД — 19,96%, самый высокий среди недорогих органических материалов.

Заряд переносится за 1,4 пикосекунды, а потери энергии минимальны (0,190 эВ).

Почему это важно

Большинство эффективных органических солнечных элементов делают из дорогих материалов, что мешает их массовому производству. PTQ15 меняет ситуацию:

• Работает даже при 25% влажности  (КПД — 19,37%), а это важно для промышленности.
• Себестоимость энергии — 0,36 доллара за ватт, что делает технологию самой дешевой среди органических аналогов.

Следующая цель — преодолеть 20% КПД, подобрав оптимальные доноры, акцепторы и улучшив структуру пленки.

Этот прорыв важен по трем причинам:

1. Снижение стоимости — органическая фотовольтаика наконец может стать выгодной альтернативой кремнию.
2. Упрощение производства — синтез PTQ15 проще, а значит, его быстрее внедрят.
3. Стабильность в реальных условиях — работа на воздухе без герметичных камер открывает путь к массовому выпуску.

Однако хотя КПД в 19,96% впечатляет, он достигнут в лаборатории. В реальности на эффективность влияют перепады температур, УФ-излучение и долговременная деградация — об этом сказано мало. Пока нет данных, как PTQ15 поведет себя через 5–10 лет эксплуатации.

Ранее ученые создали тандемный солнечный элемент с КПД выше 20%.