Новые рекорды солнечных батарей

А.И. Курамшин

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.

Разные разности
Собаки все понимают?
Понимание речи — это не чисто человеческий навык. Если у вас есть собака, то вы точно знаете, что это очень умное животное. И кажется, что она понимает, о чем говорят люди. А ведь так и есть.
Исполины против микропластика
Ученых интересует, как ведет себя микропластик в разных средах и как от него защититься или избавиться. И тут пришла подмога, откуда не ждали. Руку помощи с узловатыми крючковатыми пальцами протянули нам дубы.
Светящаяся петуния
Что вы скажете по поводу петунии, чьи цветки светятся в темноте подобно светлячкам? Скажете — небывальщина? Нет. Такие петунии уже появились на рынке. И появились они благодаря российской биотехнологической компании «Планта».
«Царица полей» против мышьяка
У кукурузы как кормовой культуры есть масса достоинств. Недавно ученые обнаружили у нее еще одно необычное свойство. И связано оно с мышьяком.