Новости химической науки > Невидимая угроза для солнечных батарей

Химики из США продемонстрировали, что даже следовые загрязнения – включая и те, которые нельзя обнаружить стандартными методами – могут существенно понизить эффективность солнечных ячеек с гетеропереходами в объеме [bulk heterojunction (BHJ)].

Результаты исследования позволяют говорить о том, что когда-то исследователи могли отбраковать ряд перспективных материалов, низкая эффективность которых на самом деле была обусловлена недостаточной очисткой.

Некоторые загрязнения, находящиеся в материале в следовых количествах, сложно обнаружить из-за того, что их строение близко строению молекул-доноров, входящих в состав солнечных клеток. (Рисунок из Chem. Sci., 2012, 10.1039/c2sc20157g)

В отличие от обычных неорганических солнечных батарей, в полимерных солнечных батареях не происходит мгновенное образование переносчиков заряда – вместо этого на контакте донор/акцептор образуются экситоны – пары электрон/дырка, которые мигрируют по направлению к электронам. В объемно-гетеропереходных солнечных батареях смесь донор/акцептор равномерно распределена по всему устройству, благодаря чему контакт донор/акцептор существует во всей солнечной батарее и перенос зарядов происходит по взаимопересекающейся системе. Такой подход к созданию системы приводит к существенному увеличению производительности объемно-гетеропереходных солнечных батарей по сравнению с другими подходами, однако такие солнечные батареи весьма чувствительны к загрязнениям, которые могут влиять на подвижность переносчика заряда, играя роль ловушек, увеличивающих шанс рекомбинации экситона до достижения электрода.

Джильермо Базан (Guillermo Bazan) и Алан Хигер (Alan Heeger) из Универистета Калифорнии обнаружили, что эффективность органических полупроводников может меняться от партии к партии. Поскольку эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую зависит от среднего значения молекулярной массы полимера, исследователи изучили, в чем различие этих партий, и обнаружили, что следовые загрязнения в доноре (содержание этих загрязнений может быть менее 1%) могут сокращать вдвое производительность устройства.

По словам Базана, исследователи не ожидали, что загрязнения оказывают столь существенное влияние на производительность солнечных батарей. Обычные методы контроля качества материалов для солнечных батарей не позволяли обнаруживать эти следовые загрязнения, которые удавалось различить только с помощью масс-спектрометрии – примесь незначительно отличалась от донора в составе солнечной батареи своим химическим строением.

Игорь Перепичка (Igor Perepichka), специалист по органическим р-функциональным системам отмечает, что достаточно удивительно то обстоятельство, что примесь, образующаяся в процессе синтеза целевого компонента солнечной батареи и характеризующаяся близкими знаениями энергетических уровней и спектральным характеристиками, оказывает такое существенное влияние на производительность. Цзяньгуо Мей (Jianguo Mei) обеспокоен тем, что необходимость дополнительной очистки компонентов объемно-гетеропереходных солнечных батарей априведет их к значительному удорожанию.

Источник: Chem. Sci., 2012, 10.1039/c2sc20157g

метки статьи: #аналитическая химия, #органическая химия, #физическая химия, #химическая технология