Новые рекорды солнечных батарей

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2018, №10)

pic_2018_10_11.jpg

Новый материал O6T-4F, преобразующий в электричество колебания в инфракрасном диапазоне спектра

Новый солнечный фотогальванический элемент из органических веществ способен конвертировать в электрическую энергию 17,3% попадающего на него солнечного света. Прежний рекорд солнечных батарей составлял 14% («Science», 2018; doi: 10.1126/science.aat2612). Возможно, потенциал органических солнечных батарей недооценен, и со временем они смогут не только составить конкуренцию обычным кремниевым батареям, но и превзойти их. Правда, последнее произойдет, только если решится вопрос долгосрочной устойчивости фотогальванических элементов из органических молекул.

Органические солнечные батареи отличаются целым рядом преимуществ по сравнению с кремниевыми для преобразования солнечной энергии в электрическую. Органические компоненты солнечных батарей легкие и гибкие, их можно наносить на большие поверхности с помощью методов, аналогичным методам струйной печати. Тем не менее ученые долго считали, что органические солнечные батареи a priori менее эффективны, чем кремниевые. Даже обсуждался вопрос, смогут ли они достичь эффективности в 15%.

Обычно перспективные органические вещества для солнечных батарей выбирают с помощью компьютерного моделирования. Оно опирается на фундаментальные физические принципы, не учитывая свойства материалов, зарекомендовавших себя ранее, либо наоборот — экстраполирует производительность органического вещества по собранным ранее экспериментальным данным, не принимая в расчет теорию. Руководитель исследования, получивший солнечную батарею-рекордсмен, — Юншен Чэнь из Нанькайского университета, говорит, что подход к моделированию, который использовали сотрудники его группы, можно назвать полуэмпирическим — они сочетали теорию и ранее полученные экспериментальные данные.

С помощью предложенной модели исследователи спроектировали фотогальванический элемент из двух слоев — такая архитектура органических солнечных батарей применяется достаточно часто для повышения их производительности. Один слой преобразует в электрическую энергию электромагнитные колебания в одной области спектра, другой слой захватывает другую область. Исследователи скомбинировали слой органического вещества, который поглощает фотоны в области видимого света, ранее разработанного в группе Чэня, с новым материалом O6T-4F (см. рисунок), преобразующим в электричество колебания в инфракрасном диапазоне спектра. Двухслойная органическая солнечная батарея конвертировала свет в электроэнергию с эффективностью 17,3%. Это уже приближается к эффективности коммерчески доступных солнечных батарей, которая лежит в пределах 18—22%.



Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 10/2018) на с. 11.

123

Разные разности

07.07.2020 18:00:00

…проект ИТЭР по созданию крупнейшего в мире термоядерного реактора прошел важную веху — на место установлено основание криостата, самая большая и тяжелая часть токамака...

…созданы структуры для фотосинтеза, более эффективного, чем природный, — капли размером с клетку, содержащие мембраны хлоропластов шпината и компоненты ферментативного цикла для синтеза органических молекул из углекислого газа…

…каждая третья женщина европейского происхождения имеет «неандертальский» вариант рецептора гормона прогестерона, связанный с повышенной рождаемостью, более редким кровотечением на ранних сроках беременности и меньшим количеством выкидышей…


>>
20.05.2020 18:30:00

Вакцины – какие, сколько и на какой стадии?

Даже когда острая фаза пандемии COVID-19 закончится и меры карантина больше не будут нужны, сам вирус никуда не денется, а продолжит жить среди нас. Самый эффективный способ от него защититься – сделать вакцину.

>>
18.05.2020 19:00:00

Коронавирусы: в семье не без урода

Найдены молекулярные отличия более патогенных коронавирусов от менее патогенных. Пока не вполне ясно, как эти отличия работают. Но возможно ученые смогут понять, почему настолько похожие инфекционные агенты приводят к таким разным последствиям для человека.

>>
13.05.2020 17:00:00

…из-за снижения транспортных потоков во время пандемии коронавируса уменьшились сейсмические шумы в коре Земли; специалисты считают, что это облегчит мониторинг слабых землетрясений, вулканической активности и других сейсмических событий...

…6 марта с мыса Канаверал стартовала миссия Space X CRS-20, которая доставит на МКС 250 пробирок со стволовыми клетками человека; на протяжении месяца они будут развиваться в кости, хрящи и другие ткани в условиях невесомости...

…по мере того как на рынок выходят художественные произведения, разработанные с помощью генеративных алгоритмов и когнитивной робототехники, встает вопрос об авторском праве на них…

>>
05.05.2020 17:00:00

Смартфон может незаметно передавать секретные сведения посторонним через неучтенную разработчиками прореху на границе между столом и смартфоном. Как же это может быть? Ответ в ходе серии экспериментов получили исследователи из Вашингтонского университета.

>>