Новый краситель повышает эффективность солнечных батарей в ИК-диапазоне

В многообещающем источнике чистой энергии — солнечных элементах на сенсибилизированных красителях (Dye-sensitized solar cells, DSSC) используются пигменты, которые поглощают свет и активизируют ток электронов. DSSC проще и дешевле производить, чем обычные кремниевые панели, но последние намного превосходят их по эффективности.

Основным типом красителя для DSSC традиционно являлись соединения рутения, но в 2011 г. исследователи разработали более эффективный пигмент YD2-o-C8, состоящий из атома цинка, заключенного вовнутрь кольцеобразной молекулы порфирина. Солнечные батареи на его основе преобразовывают видимый свет в электричество с КПД до 12,3%.

Целью новой работы ученых из института A*STAR и их коллег из Сингапура стало дальнейшее совершенствование эффективности цинк-порфиринового красителя путем создания его разновидности, поглощающей инфракрасное излучение.

Как информирует статья в Journal of the American Chemical Society, наилучшие результаты были получены ими при объединении цинк-порфиринового ядра с системой углеродных колец, связанных через атом азота (периленовой группой). Солнечные батареи на новых красителях поглощали больше ИК-света, чем с YD2-o-C8 и демонстрировали при тех же условиях эксперимента сопоставимую эффективность — до 10,5%.

Теоретические расчеты показывают, что связывание порфириновой и периленовой секций тройной углерод-углеродной связью увеличило ток электронов между ними. Эта связь также уменьшила световую энергию, требуемую для возбуждения электронов в молекуле, что улучшило способность красителя захватывать инфракрасные фотоны.

Наличие объемных химических групп также улучшает растворимость красителей и предотвращает их слипание в кластеры, снижающее КПД DSSC. Исследователи в настоящее время работают над модификацией химической структуры новых красителей с целью устранить их главный недостаток: немного меньшую, чем у YD2-o-C8 эффективность преобразования света в видимом диапазоне. Приоритетной же задачей ученых является достижение КПД в 13% в ближайшем будущем.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365