Найден способ увеличения эффективности органических солнечных элементов

Идея использования органических молекул для выработки тока под воздействием света привлекает специалистов тем, что солнечные элементы такого типа оказываются значительно дешевле и проще в применении, чем традиционные полупроводниковые, пишет "Компьюлента". Распространение этой технологии сдерживают два важных фактора: невысокая — менее шести процентов — эффективность преобразования и малый (несколько тысяч часов) срок службы. «Считается, что коммерческие перспективы органических солнечных элементов зависят от того, сумеют ли они достичь десятипроцентной эффективности при одновременном увеличении расчетного ресурса до 10 тысяч часов, — говорит один из участников исследования Дэвид Гермак (David Germack). — А для того чтобы выполнить эти условия, необходимо разобраться, какие внутренние процессы влияют на свойства материала».
Авторы сосредоточили свое внимание на наиболее часто встречающемся типе элементов, действующим веществом которых является смесь полимера, поглощающего излучение с выделением электронов, и фуллерена, эти электроны «собирающего». При нанесении такой смеси на поверхность она твердеет и образует пленку, в толще которой формируются полимерные и фуллереновые «каналы». В идеале эти токопроводящие структуры должны достигать краев пленки; если же между нижним краем и полимерами образуется преграда из молекул фуллерена, эффективность устройства падает.
Воспользовавшись методами исследования околокраевой тонкой структуры рентгеновского поглощения (так называемой NEXAFS-спектроскопии), ученые выяснили, что при определенных условиях поверхность электрода начинает отталкивать молекулы фуллерена вглубь пленки, что сразу повышает эффективность; электрические свойства контакта при этом также изменяются в лучшую сторону. «Мы выделили основные параметры, на оптимизацию которых необходимо обращать особое внимание изготовителям солнечных элементов, — заключает г-н Гермак. — Теперь мы знаем, что происходит на краях; осталось изучить процессы в объеме пленки».

Органический солнечный элемент в разрезе. Желто-коричневым выделен полимер, синим — фуллерен. (Иллюстрация NIST.)