Органические солнечные батареи совершили рывок вперед

Объединенные силами природы, но разделенные человеком: звучит как любовная история, но также это основное описание того, как ученые начали делать более эффективные органические солнечные батареи.

На атомном уровне органические солнечные батареи работают как враждующие семьи в истории Ромео и Джульетты. Между положительными и отрицательными зарядами существует сильное притяжение, которое генерирует фотоны после того, как ударяется в батарею, но чтобы получить энергию, заряды должны содержаться отдельно.

Когда эти заряды все еще связаны, они известны ученым в качестве экситонов. «Настоящий вопрос, на который эта работа пытается получить ответ — как воздать материал, с которым разделение экситона потребует меньшего количества энергии», сказал старший химик Лин Чен из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США.

Об экситонах думают как о своего рода квазичастицах, сказал Чен, и все потому, что они демонстрируют определенное уникальное поведение. Когда две заряженных области экситона — электрон и дыра — близко друг к другу, их очень трудно разделить.

Когда в систему добавляется энергия, заряды начинают разделяться, делая в итоге электроны и дыры совершенно свободными, и создавая возможность генерации электричества.

„Чем ближе электрон и дыра в экситоне, тем с большей вероятностью они должны объединиться без генерации тока“, сказал Чен. „Но если они уже поляризованы, то тем выше вероятность, что они сбегут из этой ловушки и станут эффективными носителями заряда“.

В новом эксперименте Чен с коллегами исследовали, как четыре различных молекулы в полимерном слое в середине солнечной батареи производят различную экситонную динамику. Они обнаружили, что в большей степени поляризованные электроны приводят к более эффективным солнечным батареям на основе полимеров.

Органические батареи все еще не достигли эффективности неорганических, кремниевых, но они привлекательны своей стоимостью.

Результаты исследования опубликованы в издании Journal of the American Chemical Society.

15.06.2012