Дальность пробега экситонов в полимерах увеличена в 20 раз

Полимерные наноструктура, поглощающие свет и передающие его энергию, созданные учёными из университетов Кембриджа и Бристоля (Великобритания), авторами статьи, вышедшей в журнале Science, обеспечат предпосылки для появления более гибких и эффективных солнечных батарей и фотодетекторов.

Лёгкие полимерные полупроводники сегодня уже довольно широко применяются в электронных дисплеях для массовых телефонов, планшетов и телевизоров. Использованию их в составе солнечных батарей мешает малая длина пробега рождаемых при поглощении фотонов экситонов. Она составляет в полимерах всего порядка 10 нм — энергия теряется, не успевая достигнуть коллектора.

В химической лаборатории Бристольского университета разработали новый способ получения полимеров с высокоупорядоченной кристаллической полупроводящей структурой. Измерения, выполненные в Кэвендишской лаборатории Кембриджа доктором Майклом Прайсом (Michael Price), показали, что фотовозбуждённые состояния в таких структурах могут проходить до 200 нм — в 20 раз дальше, чем было возможно прежде.

Этот результат, который авторы объясняют неожиданными квантовыми процессами когерентного транспорта, особенно знаменателен, так как для полного поглощения падающего света требуется существенно меньшая толщина, а значит открывается возможность использовать полимерные плёнки в качестве «светоуловителя» в солнечных панелях и фотосенсорах.

Доктор Джордж Уиттелл (George Whittell) из Школы химии Бристоля объясняет: «Есть две причины прироста эффективности: во-первых, потому что энергетические частицы продвигаются дальше и их легче «собирать», а во-вторых, теперь мы можем включать слои примерно в 100 нм, такова минимальная толщина для поглощения всей энергии света — так называемая оптическая глубина поглощения. Ранее, в слоях такой толщины частицы не могли распространяться достаточно далеко, чтобы достичь поверхности».

Авторы планируют приступить к изготовлению прототипа солнечной батареи из нового материала. Кроме того, они экспериментируют с другими структурами, способными удерживать свет для выполнения химических реакций, например, расщепления воды на водород и кислород.