Квант Цвета

Полимерные солнечные элементы

Солнечные элементы на основе органических полупроводников представляют собой перспективную технологию для недорогого, легкого, широко распространенного и масштабируемого преобразования солнечной энергии в электричество (Nature Reviews Materials, 2023📕). Наиболее эффективные полимерные солнечные элементы основаны на архитектуре объемного гетероперехода, которая характеризуется взаимопроникающей сетью смежных дырочно- и электронно-проводящих доменов, достигаемых путем смешивания богатых электронами (донор) и бедных электронами (акцептор) органических полупроводников. Наиболее исследованные элементы этого типа включают π-сопряженный полимерный донор и молекулярный акцептор на основе фуллерена, разработанные еще 30 лет назад (Science, 1995📕).

Учитывая недостатки фуллеренов, а именно ограниченную настраиваемость их электронных характеристик, слабое поглощение в ближней ИК-области, термическую неустойчивость и фотохимическую нестабильность, а также высокую стоимость высокочистых образцов, в настоящее время активно работают над разработкой нефуллереновых акцепторов. В качестве замены рассматриваются разнообразные органические соединения, содержащие систему сопряженных и/или конденсированных ароматических фрагментов (Nature Reviews Materials, 2018📕).

Для создания элементов (в том числе гибких) с еще большей стабильностью были разработаны полностью полимерные солнечные элементы, где донор и акцептор объединены в единый полимер (Angewandte Chemie, 2019📕). Эффективность таких элементов уже преодолела порог в 19% и уверенно движется к 20%. На этом пути помимо фундаментальных проблем дизайна самих материалов возникают нетривиальные инженерные задачи по разработке оптимальных конструкций элемента.

Одну из таких задач удалось решить международному коллективу ученых, куда вошли исследователи из ИСПМ им. Н.С. Ениколопова РАН (Energy and Environmental Science, 2025📕). Была разработана стратегия послойного нанесения компонентов солнечного элемента, что обеспечило более плотную упаковку молекул и, как следствие, более быстрый транспорт носителей заряда.

Please open Telegram to view this post

VIEW IN TELEGRAM

www.group-telegram.com/us/color_quant.com/116

2.3K viewsJun 4 at 08:41

Полимерные солнечные элементы

Солнечные элементы на основе органических полупроводников представляют собой перспективную технологию для недорогого, легкого, широко распространенного и масштабируемого преобразования солнечной энергии в электричество (Nature Reviews Materials, 2023📕). Наиболее эффективные полимерные солнечные элементы основаны на архитектуре объемного гетероперехода, которая характеризуется взаимопроникающей сетью смежных дырочно- и электронно-проводящих доменов, достигаемых путем смешивания богатых электронами (донор) и бедных электронами (акцептор) органических полупроводников. Наиболее исследованные элементы этого типа включают π-сопряженный полимерный донор и молекулярный акцептор на основе фуллерена, разработанные еще 30 лет назад (Science, 1995📕).

Учитывая недостатки фуллеренов, а именно ограниченную настраиваемость их электронных характеристик, слабое поглощение в ближней ИК-области, термическую неустойчивость и фотохимическую нестабильность, а также высокую стоимость высокочистых образцов, в настоящее время активно работают над разработкой нефуллереновых акцепторов. В качестве замены рассматриваются разнообразные органические соединения, содержащие систему сопряженных и/или конденсированных ароматических фрагментов (Nature Reviews Materials, 2018📕).

Для создания элементов (в том числе гибких) с еще большей стабильностью были разработаны полностью полимерные солнечные элементы, где донор и акцептор объединены в единый полимер (Angewandte Chemie, 2019📕). Эффективность таких элементов уже преодолела порог в 19% и уверенно движется к 20%. На этом пути помимо фундаментальных проблем дизайна самих материалов возникают нетривиальные инженерные задачи по разработке оптимальных конструкций элемента.

Одну из таких задач удалось решить международному коллективу ученых, куда вошли исследователи из ИСПМ им. Н.С. Ениколопова РАН (Energy and Environmental Science, 2025📕). Была разработана стратегия послойного нанесения компонентов солнечного элемента, что обеспечило более плотную упаковку молекул и, как следствие, более быстрый транспорт носителей заряда.