Органічні сонячні панелі вперше досягли ККД у 8,7% — вдвічі більше за попередній рекорд

Японські науковці створили повністю органічні сонячні осередки з матеріалів на основі вуглецю із рекордним для такого типу елементів ККД у 8,7%.

Зазначається, що кількість сонячної енергії, яка щодня потрапляє на Землю, у 10 разів перевищує усі наявні потреби людства. За останні 6 років спостерігається стрімкий розвиток елементів для сонячних батарей. Однак на шляху їх широкого застосування все ще існує низка проблем, включно з високою вартістю виробництва, ефективністю та впливом на навколишнє середовище.

Найбільш широко наразі у сонячних осередках застосовується кремній. Однак часто такі елементи містять також потенційно небезпечні матеріали, які проблемно утилізувати без шкоди навколишньому середовищу.

З огляду на це японські дослідники розробили повністю органічні осередки, ефективність яких вдвічі перевищує решту аналогів. Осередки повністю зроблені на основі матеріалів з вуглецю. Дослідники вирішили основні проблеми виробництва, використовуючи прозорі, високопровідні органічні матеріали для електродів сонячного осередку.

Органічні елементи для сонячних батарей можно легко і безпечно утилізувати, що дозволяє скоротити витрати на це у порівнянні з використанням перовскітних та кремнієвих елементів. Осередки для сонячних батарей з органічних матеріалів зазвичай мають ККД у 4%, що значно нижче за кремнієві (27%) і перовскітні (26%).

Для підвищення ефективності осередків матеріали мають бути максимально прозорими та мати високу провідність. Органічні елементи необхідно виготовляти з матеріалів на основі вуглецю, що обмежує їх доступність. Це також доволі крихкі матеріали, тож їхнє укладання створює складнощі у процесі створення сонячного елементу.

Японські науковці вирішили цю проблему за рахунок використання провідного полімерного матеріалу PEDOT, який використовують для створення прозорих електродів. Електроди з нього можна виготовляти без необхідності високих температур та додавання токсичних хімікатів. Для укладання елементів дослідники використали технологію ламінування електродів з вуглецевих нанотрубок. Електроди виготовляються індивідуально на бар’єрних плівках до інтеграції у пристрій, що допомагає уникнути пошкодження шарів.

Новий органічний сонячний елемент продемонстрував ККД у 8,7%, що вдвічі перевищує решту органічних аналогів. Легкість і гнучкість органічного сонячного елемента також дозволяє встановлювати його в місцях, де звичайні кремнієві осередки не могли б бути встановлені. Це включає в себе сільськогосподарські додатки та пристрої, які можуть живитись від сонячної енергії. 

Результати дослідження опубліковані у журналі Advanced Functional Materials

Джерело: Interesting Engineering