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.

Разные разности
28.01.2023
Милосердный пожар
Команда исследователей из Университета Миссури изучила, как почва после лесного пожара, насыщенная д...
10.01.2023
Лед озадачивает
Почему горячая вода замерзает быстрее холодной? Как выяснили химики, секрет кроетс...
09.01.2023
Пишут, что...
…волнистая рябь на поверхности сосулек связана с наличием примесей в воде, из которой сосулька о...
19.12.2022
Пишут, что...
…бездействующая черная дыра в созвездии Змееносца примерно в 10 раз массивнее Солнца и расположе...