"Чтобы в полной мере использовать потенциал органических солнечных элементов, необходимо иметь четкое представление о том, как они работают. Теперь мы получили эту картину. Это позволяет лучше понять, как создавать новые эффективные и устойчивые материалы для солнечных элементов", - говорит Матс Фалман, профессор лаборатории органической электроники Университета Линчепинга.

Сегодня солнечная энергия удовлетворяет около двух процентов мировых энергетических потребностей. Но его потенциал намного превосходит это. Энергии, содержащейся в солнечных лучах, более чем достаточно для удовлетворения наших потребностей сегодня и в будущем. Для успеха необходимы дешевые и экологически чистые в производстве солнечные элементы. Кроме того, они должны эффективно поглощать большую часть солнечных лучей и преобразовывать их в электрическую энергию.

Органические солнечные элементы на основе органических полупроводников все чаще становятся устойчивым вариантом. Но всего несколько лет назад они не выдерживали сравнения с традиционными солнечными элементами на основе кремния по эффективности. Это было связано с потерей энергии при разделении заряда, которая считалась неизбежной.

Но в 2016 году исследовательская группа из Университета Линчепинга вместе с коллегами из Гонконга смогли показать, что можно избежать потери энергии, используя различные донорно-акцепторные материалы, которые помогают электрону легче выходить из своей дырки. Затем потери энергии уменьшились, а эффективность возросла. Проблема заключалась в том, что никто точно не знал, как это произошло. Можно было видеть, что это сработало, но не почему.

Некоторые из той же исследовательской группы в Университете Линчепинга теперь разгадали тайну, которая привела к разногласиям в этой области исследований. В новом исследовании, опубликованном в Сообщения о природе Исследователи определили, какие уровни энергии требуются для минимизации потерь энергии.

"Чтобы выяснить, как протекает энергия, мы уложили органические полупроводниковые пленки нанометровой толщины в несколько слоев друг на друга, скорее как клубнично-сливочный торт. После этого мы измерили энергию, необходимую для отделения электронов от их дырок в каждом отдельном слое", - говорит Сянь е Ли, аспирант Университета Линчепинга и главный автор научной статьи.

Затем исследователи смогли отобразить механизм, лежащий в основе энергоэффективного разделения зарядов. Это систематическое отображение указывает новый путь вперед для разработки органических солнечных элементов.

Исследование финансируется Шведским исследовательским советом, Шведским энергетическим агентством и стратегической инициативой правительства Швеции "Передовые функциональные материалы" в Университете Линчепинга.

Примечание: Органические солнечные элементы в исследовании относятся к типу, в котором акцептор электронов изготовлен из материала, отличного от фуллерена (форма углерода), который ранее был наиболее распространенным используемым материалом. Органические клетки на основе не фуллеренов становятся более стабильными и способны поглощать большую долю солнечных лучей для преобразования в энергию.