Репортаж от Wedoany，Международная исследовательская группа, состоящая из учёных Линчёпингского университета (Linköping University, Швеция), Потсдамского университета (University of Potsdam, Германия) и Берлинского института Пауля Друде (Paul Drude Institute), выявила скрытый механизм, ограничивающий производительность органических солнечных батарей, что может помочь этой технологии преодолеть барьер эффективности в 20%.
Органические фотоэлектрические солнечные батареи изготавливаются из материалов, широко распространённых в земной коре, и потребляют меньше энергии, что позволяет им потенциально вырабатывать электроэнергию с меньшими затратами, чем солнечные технологии первых двух поколений. Производительность солнечной батареи определяется тремя факторами: током короткого замыкания, напряжением холостого хода и коэффициентом заполнения, однако улучшение одного из этих показателей часто достигается за счёт другого.
Исследователи долгое время сталкивались с компромиссом в области органических солнечных батарей: попытки повысить напряжение холостого хода часто приводят к снижению коэффициента заполнения, и наоборот. По мере того как эффективность органических солнечных батарей приближается к 20% и выше, это противоречие становится всё более трудно преодолимым. Доктор Дитер Неер (Dieter Neher) из Потсдамского университета, доктор Фэн Гао (Feng Gao) из Линчёпингского университета и доктор Сафа Шоаи (Safa Shoaee) из Института физики твёрдого тела имени Пауля Друде совместно исследовали его первопричины.
В сотрудничестве с другими экспертами в этой области исследовательская группа проанализировала, почему рост эффективности органических солнечных батарей замедляется при достижении более высоких значений. Результаты показали, что при определённых условиях генерация свободных зарядов в активном слое батареи сильно зависит от электрического поля в органическом полупроводниковом материале. Профессор физики Потсдамского университета Неер отметил, что это приводит к ранее недостаточно изученному ограничению коэффициента заполнения, которое становится особенно критичным, когда необходимо минимизировать потери напряжения.
Когда солнечный свет попадает на органическую солнечную батарею, образуются связанные пары (экситоны), состоящие из отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных дырок. Эти экситоны должны сначала разделиться на свободные заряды, которые могут генерировать электричество. Моделируя всю солнечную батарею, команда обнаружила, что время жизни экситонов и энергия, выделяемая в процессе переноса заряда, являются ключевыми факторами, определяющими коэффициент заполнения в условиях низких потерь напряжения. Команда доказала, что увеличение времени жизни экситонов может значительно смягчить эту проблему, и разработала новые комбинации органических материалов для изготовления солнечных батарей, которые одновременно достигают высокого коэффициента заполнения и высокой общей выходной мощности.
Исследователи считают, что эти результаты предоставляют универсальные принципы проектирования для будущей разработки материалов и архитектуры устройств органической фотоэлектрики. Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics.
Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com
