Специалисты ИПХФ РАН создали новые высокоэффективные и стабильные тонкопленочные солнечные батареи
Учёные из Института проблем химической физики РАН (ИПХФ РАН) создали высокоэффективные и стабильные тонкопленочные солнечные батареи на основе органических полупроводниковых материалов, а именно из сопряженных полимеров и производных фуллеренов. Исследования опубликованы в нескольких журналах: Journal of Materials Chemistry A, Solar Energy Materials and Solar Cells и Advanced Energy Materials, и проводились в рамках гранта №14–13–01031 Российского научного фонда (РНФ).
Как утверждает сайт РНФ, органические солнечные батареи могут совершить революцию в мировой энергетике в связи с тем, что стоимость энергии, получаемой путем преобразования солнечного света, может стать ниже, чем цена за электроэнергию, производимую путем сжигания ископаемого топлива. В рамках данного проекта РНФ отечественные ученые занимаются разработкой новых фотоактивных материалов, которые обладают в первую очередь высокой фотохимической и термической стабильностью. Кроме того, у них должны быть оптимальными свойствами для их эффективного использования в органических солнечных батареях.
Павел ТрошинРуководитель гранта РНФ, кандидат химических наук
«Солнечный свет является перспективным экологически чистым и доступным источником энергии. Годовое энергопотребление всего человечества оценивается примерно в 20 ТВт в год, в то время как Солнце ежегодно дает Земле ~105 ТВт. Поэтому Солнце можно считать практически неисчерпаемым источником энергии для нужд современного общества. Солнечные батареи на основе органических полупроводниковых материалов привлекают значительное внимание исследователей и инновационных предприятий из-за своей легкости, низкой стоимости, гибкости и простоты изготовления с использованием высокоэффективных печатных рулонных технологий».
В своих исследованиях ученые создали новую группу сопряженных полимеров для органических солнечных батарей. В работе было показано, что использование нерегулярных сополимеров, мономерные звенья в которых располагаются в основной цепи хаотично, позволяет достигать лучших оптоэлектронных характеристик по сравнению с полимерами регулярного строения, где звенья в цепи чередуются в строго определенном порядке. На основе созданных полимеров были изготовлены органические солнечные батареи с коэффициентом полезного действия более 7%. Такой показатель является одним из лучших в мире для устройств площадью более 1 см2. Также изготовленные солнечные элементы показали себя стабильными в эксплуатации.
По словам руководителя гранта РНФ, кандидата химических наук Павла Трошина, другим направлением работы стало создание нового класса электроноакцепторных материалов на основе производных фуллеренов для органических солнечных батарей. Полученные соединения обеспечили стабильную работу органических солнечных батарей в условиях высоких температур (140°С). Это важный шаг на пути к достижению долговременной эксплуатационной стабильности этого типа устройств и их практическому внедрению.
Специалисты ИПХФ РАН проводили исследования нескольких типов органических солнечных батарей в реальных полевых условиях в пустыне Негев в Израиле. Реальные условия помогли выявить важные факторы, влияющие на стабильность солнечных элементов при эксплуатации. Например, исследователи выявили, что скрининг материалов на предмет их фотостабильности и отбор перспективных структур можно делать с использованием метода электронного парамагнитного резонанса.
Данная работа проводилась совместно с коллегами из Института солнечной энергетики Фраунгофера (Германия), Центра прикладных исследований в области энергетики Баварии (Германия) и Университета имени Бен-Гуриона (Израиль).
