Открытие изменит архитектуру органических солнечных батарей

Плохая электропроводность органических материалов замедляет прогресс в разработке основанных на них гибких и недорогих в производстве солнечных батарей, которые можно наносить практически на любую поверхность.

Используемые в неорганических солнечных батареях кремний и другие полупроводники имеют прочную атомную решётку, облегчающую движение свободных электронов. В отличие от них, органические материалы характеризуются слабыми связями между индивидуальными молекулами, которые могут задерживать электроны.

Сотрудники Мичиганского университета (U-M) во главе с профессором Стивеном Форрестом (Stephen Forrest) верят, что открытие, о котором они сообщили в выпуске Nature от 17 января, сможет в корне изменить сложившуюся ситуацию.

Они обнаружили, что добавление тонкого слоя сферических молекул фуллерена (C60) увеличивает длину пути, проходимого электронами в органических солнечных элементах до нескольких сантиметров вместо сегодняшних нескольких сот нанометров.

Многократное увеличение «пробега» носителей заряда в органических полупроводниках позволит изменить конструкцию солнечных элементов, например, отказаться о нанесения на их поверхность сплошного прозрачного электродного слоя, заменив его сеткой.

Для того, чтобы уяснить механизм действия слоя фуллеренов, исследователям понадобились многие месяцы экспериментов. В конечном итоге было установлено, что этот слой формирует так называемый энергетический колодец, препятствующий рекомбинации электронов с положительными зарядами, оставляемыми в активном слое солнечного элемента.

«Вы можете представить себе энергетический колодец как ущелье — электроны падают в него и не могут выбраться. Вместо обычной рекомбинации в активном слое они свободно перемещаются в фуллерене, — пояснил Калеб Кобурн (Caleb Cobourn) с Факультета физики U-M. — Это похоже на мощную антенну, которая может собирать электронный заряд по всему устройству».

Профессор Форрест особо отметил, что важность данного открытия заключается не только в пока теоретических возможностях прикладного применения, но и в перспективах улучшения понимания и использования свойств органических полупроводников.