С его помощью исследователям удалось повысить функциональность и КПД органического солнечного элемента на основе малых молекул. При этом батарею можно сделать более стабильной и прозрачной за счет применения углеродных наноструктур и специальной ионной жидкости.

Статья опубликована в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

Доля «зеленой» энергетики в мире растет. Как предсказывало Мировое энергетическое агентство, к 2024 году эти технологии будут давать 30% всей энергии на планете. Важной частью экологичной энергетики являются солнечные батареи. При этом инженеры проявляют интерес не только к традиционным солнечным панелям, но и к прозрачным тонкопленочным фотоактивным материалам. Их можно наклеить на обычное окно и получить из него небольшой генератор энергии. Однако для массового внедрения таких технологий надо решить ряд проблем.

«Прозрачные солнечные элементы как идея звучит завораживающе, но у них есть существенный недостаток. Это малая эффективность, — говорит научный сотрудник Нового физтеха Университета ИТМО Павел Ворошилов. — У обычных тонкопленочных солнечных батарей есть непрозрачный металлический задний контакт, который позволяет дополнительно захватить больше света в структуре. В прозрачных солнечных элементах используют светопропускающий задний электрод. В этом случае часть фотонов неизбежно теряется на пропускание, поэтому и КПД у них намного ниже. Кроме того, есть сложности с изготовлением заднего электрода с необходимыми характеристиками. Это дорого».

Как можно решить проблему?

Многие научные команды пытаются решить эту проблему. Для этого есть несколько способов, например, создавать принципиально новые материалы. Но это долгий и дорогой процесс. Поэтому ведутся работы над улучшением уже существующих технологий. В частности, повысить эффективность солнечных батарей можно с помощью легирования. Это процедура, в ходе которой к материалу добавляют определенные примеси, которые должны улучшить его свойства.

«Для органических солнечных элементов было показано, что легирование транспортных слоев улучшает производительность устройства, — объясняет Павел Ворошилов. — Внутри структуры появляется так называемое встроенное поле, которое позволяет эффективнее разделять заряды, которые мы сгенерировали в активном слое элемента. Кроме того, улучшаются и контактные свойства, то есть больше зарядов достигает электродов».

Однако и здесь есть проблема. Чтобы примесные атомы должным образом «прилипли» к нужному материалу, требуются сложные подходы и дорогое оборудование. Ученые Университета ИТМО предложили способ, который решает эту проблему в органических солнечных элементах.