Калифорнийские химики придумали, как сделать высокоэффективные полимерные солнечные панели

Химики из Калифорнийского университета предложили схему организации полимерных солнечных батарей, которая повышает их эффективность. Система позволяет сохранять накопленный заряд не микросекунды, как у обычных полимерных батарей, а в течение нескольких дней. Вдохновлялись учёные, конечно же, примером природы.

Фотосинтез – удивительный, сложный и высокоэффективный (в случае использования хлорофилл) процесс, благодаря которому на планете существует всё живое. Растения в ходе эволюции научились многоступенчатой технологии получения электрической энергии из фотонов. При этом строение растений таково, что электрон отделяется от получившей положительный заряд молекулы и остаётся разделённым с ней. В результате заряд сохраняется.

Инженеры пытаются заменить высокоэффективные и дорогие кремниевые панели дешёвыми полимерными, но у тех есть один изъян – их строение часто приводит к тому, что только что полученный электрон вновь воссоединяется с донором, что уменьшает коэффициент фотоэлектрического преобразования панелей. Типичный коэффициент у полимерных панелей составляет порядка 5%, в то время как у кремниевых он достигает 25%, а у многослойных структур из различных материалов даже превышает 30%.

Раньше инженеры не знали, как придать полимерным панелям более эффективную структуру. Стандартные полимерные панели напоминают хорошо перемешанное месиво из длинных спагетти–полимерных молекул, и фрикаделек–фуллеренов. Полимеры выступают в роли доноров, передавая электроны акцепторам-фуллеренам, но те часто «перескакивают» обратно, не задерживаясь на акцепторах.

Теперь же калифорнийские химики предложили нужный способ навести в структуре порядок. В изготовленных по их способу панелях аккуратные комочки полимерного спагетти содержат внутри себя несколько фрикаделек-фуллеренов, в то время как другие фуллерены окружают эти комочки снаружи. Электрон сначала попадает к внутренним фуллеренам, от которых переходит к наружным, где он может находиться связанным несколько дней и даже недель. А это сильно повышает эффективность панелей.

При этом для сборки таких панелей не требуются токсичные растворы – они могут собираться в обычной воде. А процесс сборки сильно упрощён – достаточно, по утверждению химиков, просто «бросить все подготовленные материалы в воду, и они соберутся в нужную структуру сами». Теперь химики работают над процессом изготовления реальных солнечных панелей на основе этой технологии.