Відкриття вчених з Уорікського університету ставить під сумнів звичне правило дизайну органічних сонячних елементів. Основні його тези:
• Може сприяти створенню недорогих, гнучких і стабільних органічних сонячних батарей для використання на транспортних засобах, вигнутих поверхнях і вікнах.
• Зменшення площі поверхні електродів в органічних сонячних елементах не знижує їх продуктивність, якщо провідні частини розташовані близько одна до одної.
• Композити з ізолюючих полімерів і провідних наночастинок мають переваги перед обмеженим діапазоном матеріалів, що використовуються сьогодні.
Завдяки відкриттю, яке кидає виклик традиційному уявленню про один з ключових компонентів органічних сонячних батарей, їх можна буде використовувати на різних вигнутих поверхнях, наприклад, на корпусі автомобіля. Як відомо, вони складаються з суміші органічних молекул для поглинання сонячного світла і перетворення його в електрику.
Основний елемент пристрою включає в себе тонку плівку органічних напівпровідників, затиснуту між двома електродами. Вона виводить в зовнішній ланцюг згенеровані заряди. Прийнято вважати, що 100% поверхні кожного електрода має бути електропровідною, щоб максимізувати ефективність отримання заряду.
Але вчені з Уорікського університету виявили, що насправді для продуктивної роботи подібних конструкцій електроди потребують електропровідності приблизно на 1% площі їх поверхні. Це відкриває можливості для використання цілого ряду композитних матеріалів для підвищення продуктивності і зниження вартості. Про відкриття стало відомо 11 вересня 2019 року з публікації в журналі «Advanced Functional Materials».
Доктор Р.Хаттон, науковий керівник цього дослідження з факультету хімії Уорікського університету заявив про те, що вони поставили під сумнів поширене твердження щодо необхідності максимального збільшення площі поверхні між електродами і органічними напівпровідниками для оптимізації роботи сонячних елементів.
Вчені розробили модель електрода, де можна систематично змінювати площу поверхні. В результаті виявилося, що ефективність роботи системи була однаковою при електропровідності всієї поверхні чи всього лише одного її відсотка, за умови близького розташування провідних областей.
Високопродуктивні органічні сонячні елементи мають додаткові прозорі шари між електродами і напівпровідниками, що вловлюють світло. Вони необхідні для оптимізації розподілу світла в пристрої і підвищення його стабільності, а також для передачі заряду до електродів. Це непросте завдання і лише деякі матеріали відповідають усім зазначеним вимогам.
Одна з дослідниць, доктор Дінеша Дабера, пояснює, що отриманий висновок показує великий потенціал у використанні комбінацій ізоляторів і провідних наночастинок, таких як вуглецеві нанотрубки, фрагменти графена або металеві наночастинки, що підвищить продуктивність пристрою і знизить його вартість.
Вона також зазначила наближення комерціалізації подібних продуктів, але для цього потрібно знайти методи ще більшого скорочення витрат і одночасного підвищення продуктивності.
Доктор Хаттон в своєму інтерв’ю пояснює, що їх розробка продемонструвала правило проектування для такого типу сонячних батарей, яке відкриває набагато більше можливостей для вибору матеріалів і, таким чином, допоможе забезпечити їх комерційну реалізацію.
Органічні сонячні елементи є абсолютно безпечними для навколишнього середовища, оскільки вони не містять токсинів і можуть експлуатуватися при невисоких температурах, забезпечуючи низькі вуглецеві показники і короткий період окупності.
Доктор Хаттон відзначає зростаючу потребу в гнучких сонячних батареях, які мають невелику вагу і варіюються за кольорами. Традиційні кремнієві аналоги чудово підходять для масштабного виробництва електроенергії на сонячних станціях і дахах будівель, але вони погано пристосовані до потреб електромобілів і сучасних віконних конструкцій. На противагу їм, органічні сонячні пристрої досить легкі і можуть використовуватися на вигнутих поверхнях.
Це відкриття дозволить розробникам створити доступні та функціональні зразки, надавши більше можливостей для вибору матеріалів.
Джерело: https://scitechdaily.com.
