Добавка растворителя ускоряет получение солнечных батарей

Совершенствование сверхтонких плёнок сделало полупроводниковые устройства и солнечные элементы более эффективными и дешевыми. Исследователи из Окриджской Национальной Лаборатории (ORNL) сообщили, что нашли способ упростить изготовление таких плёнок, попутно улучшив их рабочие характеристики.

Обычно пленки, используемые в органических гетеропереходных солнечных батареях (bulk heterojunction, BHJ) для преобразования света в электричество, получают в растворе, содержащем сопряжённые полимеры и сферические углеродные молекулы — фуллерены. Жидкую смесь равномерно наносят на вращающуюся основу и подвергают отжигу.

Эта завершающая процедура — нагрев и охлаждение — делает материал более эластичным, обеспечивая ему дополнительное преимущество по сравнению с более дорогостоящим кристаллическим кремнием, но она занимает много времени.

В ORNL ученые нашли альтернативный отжигу путь изменения морфологии плёнок BHJ. Он заключается в добавлении небольшого количества растворителя, который делает структуру пленки более однородной, растворяя фуллерены внутри смеси. Если смесь неоднородна, образующиеся в ней кластеры поглощают свободные электроны, что снижает эффективность устройства.

Поскольку толщина такой пленки типично составляет примерно 100 нм, для точного контроля изменений морфологии материала по глубине было применено рассеяние нейтронов. Два контрольных образца — один после отжига и другой, с добавленным растворителем — изучались с помощью магнитного рефрактометра.

В образце, подвергнутом отжигу, отчётливо наблюдалось разделение полимеров и фуллеренов, а в варианте с добавкой растворителя распределение компонентов было равномерно по всему объёму.

«Причина, по которой мы использовали растворитель вместо отжига, заключается в том, что образцы сохнут долго, что предоставляет системе достаточно времени для полной оптимизации», — отметила Валерия Лаутер (Valeria Lauter).

Результаты эксперимента, изложенные в онлайновом журнале Scientific Reports, по мнению авторов, будут полезны в разработке «идеальной» тонкопленочной фотоэлектроники, пригодной для коммерческих устройств.

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