Одномолекулярный слой, способствующий прохождению электрического заряда в электрод, превосходит по свойствам лучшие традиционные материалы.
Исследователи из научно-технологического университета имени короля Абдаллы обнаружили, что покрытие электрода толщиной всего в одну молекулу может существенно повысить характеристики органического фотоэлектрического элемента. Покрытие превосходит по характеристикам лучшие материалы, используемые в настоящее время для этих целей, и может проложить путь для усовершенствования других устройств, в которых используются органические молекулы, например, светоизлучающих диодов и фотодетекторов.
В отличие от большинства стандартных фотоэлектрических элементов, в которых для аккумулирования света используется кристаллический кремний, в основе органических фотоэлектрических элементов лежит светопоглощающий слой из молекул углерода. Хотя органические фотоэлектрические элементы пока что не могут составить конкуренцию кремниевым элементам, их массовое производство с помощью технологий 3D-печати оказывается проще и дешевле.
Когда свет попадает в фотоэлектрический элемент, его энергия освобождает отрицательно заряженный электрон, и остается квазичастица с положительным зарядом, известная как "дырка". Затем различные материалы собирают электроны и дырки и направляют их к разным электродам для генерации электрического тока. В органических фотоэлектрических элементах широко применяется материал под названием PEDOT:PSS (поли(3,4-этилендиокситиофен) полистиролфульфонат), который упрощает перенос образующихся дырок к электроду; однако PEDOT:PSS — это дорогостоящее кислотное вещество, которое со временем приводит к ухудшению свойств элемента.
Команда научно-технологического университета имени короля Абдаллы разработала лучшую альтернативу PEDOT:PSS. Они используют гораздо более тонкое покрытие из молекул для переноса дырок, которое называется Br-2PACz и связывается с индиево-оловянно-оксидным электродом, образуя одномолекулярный слой. Органический элемент, в котором использовалось покрытие Br-2PACz, показал эффективность преобразования энергии 18,4%, в то время как аналогичный элемент с PEDOT:PSS достиг лишь 17,5%.
Органическая ячейка с использованием Br-2PACz.
"Нас потрясло такое повышение эффективности", — говорит один из исследователей, аспирант Юаньбао Линь. "Мы считаем, что у покрытия Br-2PACz есть потенциал заменить PEDOT:PSS благодаря низкой стоимости и высокой эффективности".
Покрытие Br-2PACz повысило эффективность элемента на нескольких уровнях. По сравнению с аналогами, оно вызывало меньше электрического сопротивления, способствовало переносу дырок и обеспечивало просачивание большего количества света через поглощающий слой. Br-2PACz также усовершенствовало саму структуру светопоглощающего слоя, что может быть связано с процессом нанесения покрытия.
Это покрытие может даже повысить перерабатываемость солнечного элемента. Ученые обнаружили, что индиево-оловянно-оксидный электрод можно удалить из элемента, снять с него покрытие, а затем использовать как новый. PEDOT:PSS, в свою очередь, делает поверхность индиево-оловянно-оксидного электрода неровной, поэтому он теряет свои свойства при повторном использовании в другом элементе. "Мы надеемся, что это окажет значительное воздействие, как на стоимость органических фотоэлектрических элементов, так и на защиту окружающей среды", — говорит Томас Антопулос, руководитель исследования.
Источник: Научно-технологический университет имени короля Абдаллы
