Органические солнечные элементы получили новый рекордный КПД в 12,25%

Ученые из Университета Эрлангена - Нюрнберга (FAU) добились самой высокой на сегодня результативности органических солнечных батарей.

Немецкие исследователи достигли нового рекорда производительности органических, не основанных на фуллерене, однопереходных солнечных элементов. Им удалось получить КПД с результатом в 12,25% на площади в один квадратный сантиметр. Подробный отчет о работе, проведенной вместе с коллегами из китайского университета (SCUT), был опубликован в журнале Nature Energy.

Развитие органических фотогальванических систем в последние годы происходит быстрыми темпами. Обычно такие устройства содержат два слоя полупроводников – первый действует как донор, поставляя электроны, а второй – как акцептор. В отличие от кремния, который традиционно используют и получают плавлением или осаждением в вакуумных установках, слои полимера в органических ячейках могут наноситься непосредственно на подложку. Во-первых, это означает относительно низкие производственные затраты, а во-вторых, эти гибкие модули легче использовать в условиях городских пространств. Ранее фуллерены – наночастицы на основе углерода – считались идеальными акцепторами, но внутренние потери основанных на нем соединений сильно ограничивают их потенциальную эффективность.

«С нашими китайскими партнерами мы открыли новую органическую молекулу, которая поглощает больше солнечного света, чем фуллерены, но которая является такой же долговечной», - сказал профессор Кристоф Брабек из FAU.

После такой модернизации органические фотоэлементы становятся более привлекательными для коммерческого использования. Но до выхода реально массового продукта предстоит провести ряд дополнительных изысканий. Вместе с тем, ученые уже настроили абсорбирующие показатели, энергетические уровни и микроструктуры органических полупроводников. Основное внимание при оптимизации было направлено на совместимость донора и акцептора, соотношение плотности тока короткого замыкания и напряжения разомкнутой цепи, являющихся важными факторами увеличения выхода электроэнергии.

Результат эффективности в 12,25% – новый зарегистрированный рекорд для органических однопереходных солнечных элементов, где акцептор не состоит из фуллеренов. Стоить отметить, что ученые преуспели в сокращении потерь до таких низких уровней, что самое высокое значение в лаборатории было лишь чуть ниже 13%. В то же время они смогли продемонстрировать стабильность в имитируемых условиях производства при изменении температуры и интенсивности солнечного излучения.

Следующий этап включает увеличение масштаба прототипа до стандартных размеров модуля и испытания его на исследовательском объекте «солнечной фабрики будущего» в Нюрнберге (Solar Factory of the Future at Energie Campus Nürnberg).