Солнечная батарея на органических полимерах поставила рекорд

При массовом выпуске фотоэлектрические преобразователи на базе органики должны оказаться в несколько раз дешевле кремниевых. Этим и вызвана новая и, бесспорно, успешная попытка физиков нарастить КПД подобных ячеек до конкурентоспособного уровня.

Тандемная ячейка состоит из двух полимерных слоёв, генерирующих заряды. Они разделены прослойкой и обрамлены электродами (иллюстрация UCLA).

Учёные из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) создали тандемную полимерную солнечную батарею (СБ), отдельные слои которой усваивают разные области спектра.

Рекордный результат калифорнийцев был сертифицирован Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL). На рисунке – характеристика опытной ячейки. По вертикали – ток в миллиамперах, по горизонтали – напряжение в вольтах (иллюстрация NREL, UCLA).

Как передаёт PhysOrg.com, экспериментальная ячейка показала КПД в 10,6%.

Это наилучший результат для СБ на основе проводящих органических полимеров (подразумевается не полимерная подложка, а собственно активный слой, захватывающий и преобразующий свет).

В построении таких батарей важным моментом является удачное совмещение различных веществ, которые не мешали бы друг другу в работе.

Чтобы добиться искомой совместимости, авторы тандемной батареи разработали сопряжённые полимеры с низкой запрещённой зоной.

В 2011 году однослойная ячейка от UCLA, построенная как раз на базе такого полимера, продемонстрировала КПД в 6%, а тандемная – в 8,62%. (О том достижении учёные рассказали в новой статье в Nature Photonics.)

Однако на этом проект не закончился. Дабы продлить диапазон преобразуемого света в инфракрасную область, специалисты добавили к своим многослойным батареям полимер, созданный японской компанией Sumitomo Chemical. Именно с ним КПД тандемной органической СБ превысил десять процентов.

По информации школы инжиниринга Калифорнийского университета, рекордная солнечная батарея состоит из передней ячейки, созданной из материала с большой запрещённой зоной, и задней ячейки, у которой запрещённая зона узкая.

Изобретатели отмечают, что процесс создания такого преобразователя – дешёвый, ингредиенты – тоже недороги, а технология совместима с сегодняшним выпуском тонкоплёночных СБ.

К тому же в перспективе КПД таких панелей можно будет поднять до 15%, уверены исследователи. И потому, мол, в следующие несколько лет батареи на органических полимерах должны стать коммерчески жизнеспособными.