Ученые из Южно-уральского государственного университета и их коллеги из Института органической химии Российской академии наук (РАН) создали новый тип красителей, значительно повышающих коэффициент полезного действия (КПД) органических солнечных батарей.
«Одной из наиболее перспективных альтернатив для кремниевых преобразователей солнечной энергии являются органические солнечные батареи. Ключевую роль в таких устройствах играют вещества-фотосенсибилизаторы, на создание которых был направлен наш проект», — пояснил профессор Южно-уральского государственного университета в Челябинске Олег Ракитин.
Кремниевые солнечные батареи и многие их аналоги из других полупроводниковых материалов обладают достаточно низкой эффективностью. Лучшие приборы такого рода преобразуют лишь небольшую долю энергии солнца, около 24%, в электрический ток. Это, вместе с высокой себестоимостью подобных генераторов электричества, является одной из главных проблем для их распространения в быту и промышленности.
Ученые пытаются заменить их более дешевыми органическими солнечными батареями, в которых электричество вырабатывается фотосенсибилизаторами — специальными красителями, способными восстанавливаться и окисляться, взаимодействуя со светом. Пока их эффективность остается достаточно низкой, меньше 10%, что также не позволяет им обрести широкую популярность.
Ловушка для света
Ракитин и его коллеги сделали большой шаг к решению этой проблемы, изучая свойства органических красителей на базе так называемых карбазолов — молекул, состоящих из нескольких углеводородных колец и содержащих в себе вкрапления в виде атомов азота. Они широко применяются при создании различных светящихся красителей, способных взаимодействовать с ультрафиолетом и другими типами излучения.
Российские ученые попытались поменять структуру их молекул, а также присоединить к ним другие структуры таким образом, что карбазолы начали активнее взаимодействовать с солнечным светом и передавать его энергию в другие компоненты солнечных батарей. Ракитину и его коллегам удалось создать три новых краски, способных решать эту задачу особенно эффективно.
Как отмечают ученые, примитивные прототипы солнечных батарей на их основе поглощают около 5,8% энергии солнечного света. В этом отношении они значительно превосходят многие существующие и широко применяемые фотосенсибилизаторы, если поместить их в аналогичные условия.
Сейчас российские ученые продолжают опыты с карбазолами в надежде открыть более совершенные версии красителей, а также рассматривают возможность использования сразу двух красителей в солнечных батареях, взаимодействующих с разными типами света. Этот прием, как надеются исследователи, повысит их КПД и поможет им поглощать значительно больше энергии солнца, чем это возможно на текущий момент времени.
