Физики МГУ создали модель органической солнечной батареи

Сотрудники физического факультета и Международного лазерного центра МГУ имени М.В.Ломоносова разработали аналитическую модель органической солнечной батареи и с её помощью определили характеристики наиболее эффективных материалов. Результаты исследования опубликованы в журнале Рhysical Chemistry Chemical Physics

В солнечных батареях для преобразования энергии используют в основном неорганические элементы. Наиболее распространены кремниевые ячейки (их фотоэлементы состоят из кристаллического или аморфного кремния) и арсенид галлия. Они показывают высокую эффективность, но слишком дороги и сложны в изготовлении. Органические солнечные элементы дешевле и удобны в использовании: в них для сбора солнечной энергии применяют полимеры, что позволяет производить пленки-фотоэлементы в виде больших пластиковых листов, практически на принтере.

Однако они встречаются гораздо реже, так как их эффективность значительно ниже, чем у неорганических солнечных элементов, несмотря на большой прогресс за последнее десятилетие. Их основной недостаток — низкий коэффициент преобразования световой энергии в электрическую. Достигнут ли предел эффективности органической фотовольтаики, или возможны новые пути развития? Для решения этого вопроса ученые создали аналитическую модель органической солнечной батареи, решив систему кинетических уравнений.

«Наша «горячая» кинетическая модель учитывает результаты последних экспериментальных исследований фотофизики органических полупроводников, в частности участия неравновесных (горячих) состояний в разделении зарядов», — рассказал один из авторов исследования, профессор кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета МГУ, старший научный сотрудник Международного учебно-научного лазерного центра МГУ, доктор физико-математических наук Дмитрий Паращук.

С помощью «горячей» кинетической модели ученые сформулировали критерии материалов, наиболее подходящих для использования в органической фотовольтаике. Они оценили влияние различных параметров материала (движущую силу разделения заряда, диэлектрическую проницаемость, подвижность зарядов и другие) на характеристики органических солнечных батарей и предложили наиболее перспективные пути увеличения их эффективности.

Также в последние годы активно исследуется новая форма фотоэлектрических преобразователей — органо-неорганические материалы. Хорошую эффективность показали вещества со структурой минерала перовскита. Поэтому важной задачей науки является поиск материалов, пригодных для синтеза перовскитных структур.

«Органическая и гибридная (в том числе, перовскитная) фотовольтаика нуждается в новых эффективных материалах. Предложенная модель позволяет сделать поиск таких материалов более целенаправленным и найти наиболее перспективные материалы», — прокомментировал ученый.