Идею оптимизации органических солнечных батарей подсказала трава

Использовав для улавливания света аналог одной из наиболее эффективных структур, служащих для этой цели в природе, исследовательский коллектив Массачусетского университета в Амхерсте (UMass Amherst) сделал важный шаг на пути к созданию практичных органических солнечных батарей.

«Десятилетиями ученые и инженеры искали способы управления морфологией интерфейсов p-n-переходов в органических солнечных элементах. Мы, наконец, разработали идеальную архитектуру, образованную вертикальными наностержнями органических монокристаллов,» — пишет в последнем номере Nano Letters Алехандро Бризено (Alejandro Briseno), возглавляющий эту международную группу, в которую также входят представители Стэнфорда и Дрезденского технологического университета.

Системы с миллиардами органических выступов, выращенных на подложке из графена, обладают всеми характерными признаками травы, такими как высокая плотность массива, вертикальная ориентация и высокая эффективность преобразования света в электроэнергию.

Объединив опыт выращивания графена и органических кристаллов, исследователи смогли заставить нужные материалы чередоваться, подобно монетам в стопке. Такая конфигурация является идеальной, так как обеспечивает максимальную анизотропию транспорта зарядов — электроны движутся быстрее всего вдоль оси органического кристалла, перпендикулярно подложке.

Это достижение позволет решить не только проблему снижения эффективности преобразования энергии органическими солнечными элементами из-за тупиков или разрывов путей, но и предотвратить ее деградацию со временем из-за потери полимерными смесями способности разделения фаз. Кроме того, материалы в смесях получаются аморфными или, в лучшем случае, поликристаллическими, тогда как наиболее эффективный транспорт зарядов возможен лишь в системах с высокой степенью кристаллической организации.

Достигнутый прорыв в управлении морфологией, по мнению Бризено, помимо солнечных элементов может иметь важное значение для технологий батарей или вертикальных транзисторов.

Новая технология проста, недорога в реализации и применима к библиотекам коммерчески доступных донорных и акцепторных материалов. Авторы статьи ожидают, что наностержневые солнечные элементы окажутся привлекательными для обеспечения питанием гаджетов, игрушек, датчиков и однократно используемых устройств.

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