Открытие делает органические солнечные элементы более эффективными и стабильными

Исследователи из Университета Åbo Akademi в Финляндии выявили и устранили ранее неизвестный механизм потерь в органических солнечных элементах, который делает их более эффективными и продлевает срок их службы. Полученные результаты дают новое представление о том, как в будущем можно повысить эффективность и стабильность работы.

Работа исследовательской группы органической электроники Университета Åbo Akademi проводилась в сотрудничестве с группой профессора Чанг-Ци Ма из Института нанотехнологий и нанобионики Сучжоу. В состав исследовательской группы из Университета Або Академи входят Рональд Остербака, Себастьян Вилкен и Оскар Сандберг.

Результаты опубликованы в издании Nature Photonics.

Исследование продемонстрировало выдающуюся эффективность более 18% в инвертированных по структуре солнечных элементах площадью 1 см². Также был достигнут самый высокий на сегодняшний день срок службы органических солнечных элементов — 24 700 часов при освещении белым светом, что соответствует прогнозируемому сроку эксплуатации более 16 лет.

Органические фотоэлектрические элементы интересны с точки зрения коммерциализации, поскольку они легкие, гибкие и имеют энергоэффективный процесс производства. За последние пять лет эффективность преобразования энергии значительно возросла, и лучшие органические солнечные элементы, основанные на так называемой традиционной структуре, достигают в лабораторных условиях более 20%. Однако используемые материалы подвержены деградации при воздействии солнечного света и воздуха, и долгосрочная стабильность этих элементов все еще требует улучшения, чтобы сделать их широко доступными.

С точки зрения срока службы выгодно, чтобы верхний контактный слой солнечного элемента был изготовлен из наиболее прочного материала. Такие солнечные элементы с инвертированной структурой, или n-i-p, являются более стабильным вариантом, хотя их эффективность преобразования энергии все еще отстает от традиционных конструкций. Открытие исследователей показывает многообещающий способ улучшить как производительность, так и стабильность этих структурно-инвертированных органических солнечных элементов.

В ходе работы был обнаружен ранее неизвестный механизм потерь в органических солнечных элементах и способ его преодоления. Нижний контакт этих устройств, изготовленный из оксидов металлов, таких как оксид цинка, создает узкую область рекомбинации, что приводит к потере фототока. Нанесение на нижний контакт тонкого пассивирующего слоя нитрата оксида кремния (SiOxNy), обработанного растворителем, устраняет область рекомбинации, что приводит к повышению эффективности. Работа подчеркивает потенциал использования метода в крупномасштабном производстве эффективных и стабильных органических солнечных элементов.

Ранее ученые изобрели подводные солнечные батареи.

09.01.2025