Для перехода к источникам энергии без ископаемого топлива необходимы эффективные и экологически безопасные солнечные элементы. Исследователи из Университета Линчепинга нанесли на карту потоки энергии в органических солнечных элементах, что ранее было неизвестно. Результаты, которые могут способствовать созданию более эффективных солнечных батарей, опубликованы в Nature Communications.

«Чтобы использовать весь потенциал органических солнечных элементов, необходимо иметь четкое представление о том, как они работают. Теперь мы получили эту картину. Это дает лучшее понимание того, как создавать новые эффективные и устойчивые материалы для солнечных элементов. », — говорит Матс Фальман, профессор Лаборатории органической электроники Линчёпингского университета.

Сегодня солнечная энергия удовлетворяет около 2% мировых потребностей в энергии. Но его потенциал намного превышает это. Энергии, содержащейся в солнечных лучах, более чем достаточно для удовлетворения наших потребностей сегодня и в будущем. Солнечные элементы, которые дешевы и экологически безопасны в производстве, необходимы для успеха. Кроме того, они должны эффективно поглощать большую часть солнечных лучей и преобразовывать их в электрическую энергию.

Органические солнечные элементы, основанные на органических полупроводниках, все чаще становятся устойчивым вариантом. Но еще несколько лет назад они не выдерживали сравнения с традиционными солнечными элементами на основе кремния по эффективности. Это было связано с потерями энергии при разделении зарядов, которые считались неизбежными.

Но в 2016 году исследовательская группа из Университета Линчепинга вместе с коллегами из Гонконга смогла показать, что можно избежать потери энергии, используя различные донорно-акцепторные материалы, которые помогают электрону легче покинуть свою дырку. Тогда потери энергии уменьшились, а эффективность увеличилась. Проблема была в том, что никто точно не знал, как это произошло. Можно было видеть, что это сработало, но не почему.

Некоторые из той же исследовательской группы из Университета Линчепинга теперь разгадали загадку, которая привела к разногласиям в этой области исследований. В новом исследовании, опубликованном в Nature Communications , исследователи определили, какие уровни энергии необходимы для минимизации потерь энергии.

«Чтобы выяснить, как течет энергия, мы уложили органические полупроводниковые пленки нанометровой толщины в несколько слоев друг на друга, как пирог с клубникой и кремом. После этого мы измерили энергию, необходимую для отделения электронов от их дырок в каждый отдельный слой», — говорит Сяньэ Ли, доктор философии. студент Линчёпингского университета и главный автор научной статьи.

Затем исследователи смогли отобразить механизм энергосберегающего разделения зарядов. Это систематическое картирование указывает новый путь развития органических солнечных элементов .

Органические солнечные элементы в исследовании относятся к типу с акцептором электронов, изготовленным из материала, отличного от фуллерена (форма углерода), который ранее был наиболее распространенным материалом. Органические клетки, не содержащие фуллеренов, становятся более стабильными и способны поглощать большую часть солнечных лучей для преобразования в энергию.