Физики из России выяснили, как правильно "причесать" солнечные батареи
Физики из МФТИ и зарубежных стран выяснили, как нужно правильно "поворачивать" хвосты молекул в органических солнечных батареях, что в разы повысит их КПД и позволит им конкурировать с кремниевыми панелями. Их выводы были представлены в Journal of Materials Chemistry.
"Органические батареи не обязательно бывают плоскими - их можно наносить, к примеру, на черепичную крышу. Вдобавок, они могут оказаться более технологичными, чем их кремниевые конкуренты, так как процесс их производства имеет меньше стадий", - рассказывает Дмитрий Иванов из Московского физтеха в Долгопрудном, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Кремниевые солнечные батареи и многие их аналоги из других полупроводниковых материалов обладают достаточно низкой эффективностью - они преобразуют лишь небольшую долю энергии Солнца, около 7-15%, в электрический ток. Это, вкупе с высокой себестоимостью подобных генераторов электричества, является сегодня одной из главных проблем для их распространения в быту и промышленности.
Большинство неорганических светопоглощающих материалов обладают симметричной кристаллической структурой, что и позволяет электронам свободно течь в разные стороны. Ученые достаточно давно спорят, характерна ли подобная структура для органических солнечных батарей, обладающих еще более низким КПД, и можно ли ее как-то улучшить.
Иванов и его коллеги из России, Казахстана и Франции выяснили, как можно повысить эффективность таких преобразователей солнечной энергии в 2-3 раза, экспериментируя с светочувствительными полимерными материалами, чьи волокна были пропитаны соединениями фтора.
Относительно недавно, как отмечают ученые, их коллеги обнаружили, что добавление некоторого количества атомов фтора в органические солнечные батареи заметно повышает КПД их работы, однако причины этого оставались неизвестными. Как предполагали тогда физики, это связано с тем, что фтор заставляет нити полимеров выстраиваться в упорядоченные кристаллические структуры, однако они не понимали того, как именно это происходит.
Меняя длину "хвостов" полимерных молекул, а также положение атомов фтора, Иванов и его коллеги пытались раскрыть причины роста КПД и усилить этот эффект. Как оказалось, его сила зависела от длины углеводородных "хвостов", присоединенных к нитям полимеров - чем они были длиннее, тем сильнее фтор повышал эффективность их работы.
Более того, последующие опыты показали, что ключевую роль в росте КПД играл не фтор, а изменения в структуре сами нитей - увеличение или уменьшение длины "хвостов" гораздо сильнее влияло на работу всей батареи в целом, чем то, где и в каких количествах находился фтор.
Руководствуясь этими соображениями, авторы статьи смогли повысить КПД органических солнечных батарей почти в три раза, с 3,7% до 10,2%. Они по-прежнему уступают лучшим версиям кремниевых фотоэлементов, однако подобные успехи, как надеются ученые, говорят о том, что органические батареи скоро потеснят их на "Олимпе" зеленой электроэнергетики.
