Ученые из Шэньчжэньского технологического университета вместе с коллегами под руководством профессора Гуанье Чжана совершили прорыв в создании органических солнечных элементов (OSC).

Их работа, опубликованная в журнале Nano-Micro Letters, описывает новый метод, который позволяет добиться рекордного КПД в 20% — и все это без использования токсичных галогенированных растворителей. Вместо них применяется толуол, безопасный для промышленного производства.

Как это работает

Обычно в OSC сложно контролировать структуру активного слоя, особенно при послойном нанесении. Команда предложила добавлять в донорный или акцепторный слои изомерные молекулы ODBC и PDBC. Они мягко меняют процесс кристаллизации, улучшая проводимость и стабильность элементов.

Послойно обработанные органические солнечные элементы (SqP) — метод сборки солнечных элементов, при котором донорный и акцепторный материалы наносятся отдельными слоями (а не смешиваются). Это позволяет точнее управлять структурой активного слоя, но требует контроля кристаллизации.

Почему это важно

• 20% КПД — это уровень, который раньше достигали только с вредными растворителями.
• Толуол вместо хлороформа — технология становится дешевле и экологичнее.
• Универсальность — метод работает с разными материалами, включая PM6/BTP-eC9, где достигнут сертифицированный КПД 19.7%.

Что еще удалось

• Увеличить срок службы батарей — они сохраняют 88% эффективности после 500 часов работы.
• Улучшить перенос заряда внутри элемента, снизив потери энергии.
• Применить подход к другим системам, например, PM6/L8-BO, где КПД вырос с 16.95% до 18.16%.

Технология готова к масштабированию, а значит, скоро может появиться в реальных устройствах — от гибкой электроники до солнечных панелей.

Исследование решает две ключевые проблемы органической фотовольтаики: экологичность и масштабируемость. Большинство высокоэффективных OSC требуют галогенированных растворителей, которые опасны для здоровья и среды. Толуол же дешев, доступен и пригоден для промышленных линий.

Главное преимущество — упрощение производства. Метод послойного нанесения с добавками позволяет точнее контролировать морфологию, что критично для стабильности элементов. В перспективе это удешевит гибкие солнечные панели для носимой электроники или оконных покрытий.

Однако пока КПД 20% — это не предел для OSC. Кремниевые аналоги достигают 25-27%, но органические батареи выигрывают в гибкости и легкости. Если удастся совместить эффективность с долговечностью (сейчас органические солнечные элементы деградируют быстрее), технология сможет конкурировать на рынке.

Отметим, что авторы исследования не уделили внимания долгосрочной деградации элементов. Хотя 500 часов стабильности — хороший результат, для промышленности нужны данные за 10 000 часов. Также неясно, как добавки ведут себя при высокой влажности или перепадах температур — ключевых факторах для реальных условий.

Ранее ученые предложили новый способ задержать свет в солнечной батарее.