Исследователи из Университета Линчепинга (Швеция) впервые осуществили картирование процесса выравнивания энергетических уровней на границах раздела слоев органических солнечных элементов. Об этом сообщает портал Eurekalert. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Для перехода к источникам энергии без ископаемого топлива необходимы эффективные и экологически безопасные солнечные элементы. Исследователи из Университета Линчепинга нанесли на карту потоки энергии в органических солнечных элементах, что ранее оставалось неизвестным для ученых. Результаты этого исследования, которые могут способствовать созданию более эффективных солнечных батарей, опубликованы в Nature Communications.
«Чтобы использовать весь потенциал органических солнечных элементов, необходимо иметь четкое представление о том, как они работают. Теперь мы получили эту картину. Это дает лучшее понимание того, как создавать новые эффективные и устойчивые материалы для солнечных элементов», – сказал Матс Фалман, профессор Лаборатории органической электроники Университета Линчепинга.
Сегодня солнечная энергия удовлетворяет всего около двух процентов мировых энергетических потребностей. Но ее потенциал намного выше: энергии, содержащейся в солнечных лучах, более чем достаточно для удовлетворения всех потребностей человечества сегодня и в будущем. Для продвижения к этому нужны солнечные элементы, которые будут дешевы и экологически безопасны в производстве, а главное – смогут более эффективно поглощать большую часть солнечных лучей и преобразовывать их в электрическую энергию.
Органические солнечные элементы (основанные на органических полупроводниках) сегодня считаются наиболее перспективным вариантом. Хотя еще несколько лет назад они не выдерживали сравнения с традиционными солнечными элементами на основе кремния по эффективности. Это было связано с потерями энергии при разделении зарядов, которые считались неизбежными.
Но в 2016 году исследовательская группа из Университета Линчепинга вместе с коллегами из Гонконга смогла показать, что можно избежать потери энергии, используя различные донорно-акцепторные материалы, которые помогают электрону легче покинуть свою дырку. В частности, органические солнечные элементы, использованные в их исследовании, относились к типу, в котором акцептор электронов сделан из материала, отличного от фуллерена (формы углерода), который ранее был наиболее распространенным материалом.
Органические элементы, не содержащие фуллеренов, показали себя более стабильными и способными поглощать большую часть солнечных лучей для преобразования в энергию. Потери энергии уменьшились, а эффективность увеличилась. Проблема по итогам прежнего исследования осталась в том, что никто точно не знал механизма того, как это произошло.
Теперь часть специалистов из той же исследовательской группы Университета Линчепинга разгадали эту загадку. «Чтобы выяснить, как течет энергия, мы уложили органические полупроводниковые пленки нанометровой толщины в несколько слоев один на другой, как в торте. После этого мы измерили энергию, необходимую для отделения электронов от их дырок в каждом отдельном слое», – пояснила Сяньэ Ли, аспирант Университета Линчепинга и главный автор новой научной статьи.
Затем исследователи смогли отобразить механизм энергосберегающего разделения зарядов. Это систематическое картирование способно точнее указать новые пути для развития органических солнечных элементов.