Солнечные элементы, несомненно, будут играть значительную роль в устойчивом энергетическом будущем. Полимерные солнечные элементы (PSC), в частности, являются отличным вариантом, поскольку они дешевы в производстве и могут быть как гибкими, так и полупрозрачными. Тройные полимерные солнечные элементы демонстрируют обнадеживающую эффективность преобразования энергии, но не всегда понятно почему. Теперь исследователи из Университета Цукубы и Университета Хиросимы более внимательно изучили действующие ЧОК. Их выводы опубликованы в npj Гибкая электроника.
PSC обычно содержат материал, представляющий собой полупроводник p-типа, смешанный с материалом, представляющим собой полупроводник n-типа. Эта смесь дает правильную комбинацию носителей заряда - дырок и электронов - для протекания тока, когда солнечный свет попадает на ячейку.
Смеси с этими двумя компонентами известны как бинарные PSC. Однако недавно было обнаружено, что добавление дополнительного ингредиента в смесь - получение так называемого тройного PSC - может повысить эффективность преобразования энергии (PCE) и стабильность солнечного элемента. Беда в том, что до сих пор никто досконально не исследовал, почему.
Поэтому исследователи провели спектроскопию электронного спинового резонанса (ЭПР) во время работы PSC. Это дало им возможность понаблюдать за поведением электронов и дырок при облучении клетки солнечным светом и получить ответы на молекулярном уровне.
"Сообщалось, что накопление заряда с течением времени способствует ухудшению производительности клеток", - объясняют автор исследования профессор Итару Осака и автор-корреспондент исследования профессор Казухиро Марумото. "Поэтому мы использовали ESR для изучения системы, состоящей из полимера PTzBT и крупномолекулярного PC61БМ. Было обнаружено, что добавление молекулы-акцептора, известной как ITIC, к этой системе улучшает PCE и стабильность клетки, поэтому мы внимательно изучили клетки с ITIC и без него, чтобы определить, почему ".
Эксперимент по ЭПР-спектроскопии показал, что ток короткого замыкания уменьшился в результате накопления электронов в ПК61BM и отверстия в PTzBT. Было обнаружено, что добавление ITIC уменьшает это накопление за счет улучшения ориентации цепеобразных молекул полимера PTzBT в активном слое.
"Способность понимать, почему что-то работает, важна для обеспечения того, чтобы эффекты были оптимизированы в полной мере", - говорит автор исследования профессор Казухиро Марумото. "Получив картину воздействия ITIC на молекулярном уровне на очень многообещающую систему PSC, мы считаем, что сделали шаг ближе к коммерческой реальности полимерных солнечных элементов как части более экологичного будущего".
Эта работа была частично поддержана грантом JSPS KAKENHI Номер JP19K21955, JST PRESTO, Фондом науки и техники МИКИЯ, Фондом науки и техники Икетани, Фондом Иватани Наодзи, грантом JST SPRING Номер JPMJSP2124, грантом JST ALCA номер JPMJAL1603 и грантом JST MIRAI Номер JPMJMI20C5, Япония..
Комментарии