Ученые из Швеции и Китая совершили двойной прорыв в создании органических фотоэлементов, которые будут долговечны, эффективны и дешевы в производстве. Им удалось создать солнечный модуль площадью 36 кв. см с КПД выше 14%, что считается пределом для элементов больше 20 кв. см. При этом они вообще не использовали в процессе токсичные ингредиенты. Предложенный ими метод позволяет оптимизировать взаимодействие полупроводящих материалов и начать массовое производство органических фотоэлементов большой площади.

Современные органические фотоэлементы преобразуют в электроэнергию чуть больше 18% солнечного света, а их лимит эффективности составляет, по оценкам ученых, 24%. В теории они дешевле в производстве и меньше загрязняют окружающую среду, чем кремниевые, но не обладают пока достаточной стабильностью. Другой недостаток этих элементов — необходимость использования токсичных растворов с относительно низкой точкой кипения. Более устойчивые к температуре вещества снижают энергетическую эффективность органического солнечного элемента.

Международная команда ученых сумела изготовить фотоэлемент с помощью раствора с высокой точкой кипения и без каких-либо токсичных ингредиентов, производительного которого составляет более 17%, рассказывает Science Daily. Вдобавок, у них получился солнечный модуль площадью 36 кв. см с КПД свыше 14%. Это максимальная эффективность для органических фотоэлементов с поверхностью более 20 кв. см. Оба этих прорыва имеют большое значение для коммерциализации солнечных элементов из органики.

Когда органический полупроводник абсорбирует солнечный свет в виде фотонов, возникает возбужденное состояние. Электроны совершают скачок на более высокий энергетический уровень и создают дыры на более низком уровне энергии. Однако они не могут полностью освободиться, и электрического тока не возникает. Исследователи предлагают различные материалы-акцепторы, чтобы освободить электроны и запустить фототок.

Пару лет назад китайские ученые разработали новый акцепторный материал Y6, обладающий высокой эффективностью в органических фотоэлементах. В недавней работе они обнаружили, что молекула BTO усиливает уже существующие преимущества Y6, а также обеспечивает возможность производства солнечных элементов большой площади. Что и было экспериментально подтверждено при изготовлении модуля на 36 кв. см.