Известно, что КПД органических солнечных батарей (organic solar cell OPV) низок по сравнению с КПД «классических» кремниевых. Проигрывая в эффективности преобразования солнечной энергии, органические солнечные батареи выигрывают в цене и гибкости. Стоимость производства OPV гораздо ниже, чем стоимость производства кремниевых батарей. За последние пять лет КПД OPV вырос до 7% (напомним, КПД кремниевых батарей около 15%).

Активная область органических солнечных батарей – bulk heterojunction (BHJ) – смесь фаз донора и акцептора (рис.1). В качестве последнего выбирают фуллеренсодержащие соединения, они обладают хорошими акцепторными свойствами. Проблемой BHJ продолжает оставаться низкая подвижность носителей заряда и так называемая «тупиковость» путей, по которым носители заряда достигают электродов: не всегда эти пути ведут «куда надо», к электроду.

Рис. 1. Схематическое изображение BHJ солнечной батареи.

Рис. 2. Схематическое изображение текстуры.

Ученые из университета в Эймсе, штат Айова, США, предложили использовать в качестве подложки poly(3-hexylthiophene): [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (P3HT:PCBM) солнечных батарей текстурированную подложку (рис.2). Нагрев структуры до высоких температур и «чеканка» для изменения формы поверхности для достижения необходимого рельефа могут отрицательно сказаться на работе OPV, кроме того, при этом толщина активного слоя становится неравномерной, что в свою очередь приводит к неоднородному поглощению и потерям в материале. Решение может быть найдено, если использовать текстурированную подложку, полученную интерференционным методом с использованием фоторезиста.

Рис. 3. Схема Ллойда.

Рис. 4. SEM (слева), AFM (по центру) и схематическое изображение
активного слоя P3HT:PCBM (справа), нанесенного методом spin-coating
на фоторезистивную подложку.

Рис. 5. Зависимость фототока от параметров решетки.

На ITO (tin-doped indium oxide) наносится AZ-hir 1075 PR фоторезистивный слой. Засветка осуществляется аргоновым лазером на длине волны 364 нм с использованием интерференционной схемы Ллойда (рис.3). Активный слой наносится методом spin-coating (центрифугирования). В результате повышается EQE (квантовая эффективность), возрастает ток короткого замыкания. Результат объясняется в основном многократным отражением света от поверхности сформированной решетки.

На рисунке 4 представлены три образца с текстурированной подложкой. Самым удачным является третий образец (внизу). Период текстуры – 2 мкм. Эксперимент показывает, что при меньшем периоде происходит излишнее заполнение «впадин» текстуры. Оптимальным оказывается соотношение высота 300 нм – период структуры 2 мкм. По сравнению с планарной структурой у структуры текстурированной ток короткого замыкания возрастает на 20% (см.рис.5). Таким образом, используя текстурированные структуры в производстве органических солнечных батарей, можно добиться улучшения их характеристик за счет уменьшения доли отраженного света.

Рис. 6. Cравнительная характеристика параметров.