Исследователи из Канадзавского университета провели подробное исследование молекулярных механизмов, из-за которых органические солнечные элементы повреждаются под воздействием солнечного света. Это исследование имеет важные последствия для разработки солнечных листов следующего поколения, которые сочетают в себе высокую эффективность, низкую стоимость и длительный срок службы устройства.
Солнечная энергия представляет собой важный элемент будущих решений в области возобновляемых источников энергии. Исторически сложилось так, что солнечные панели, как правило, были неэффективными или слишком дорогими для большинства домовладельцев, чтобы рассмотреть возможность их установки. Новый класс солнечных элементов, в которых используются слои полимеров на основе углерода, предлагает эффективность до 10%, что считается минимумом для практического использования, по доступной цене. Основным остающимся препятствием для широкого внедрения этих новых фотоэлектрических элементов является короткий срок службы этих устройств, поскольку кумулятивный ущерб от солнца имеет тенденцию снижать их производительность. Из-за многослойной природы устройств часто бывает трудно определить молекулярный механизм, посредством которого происходит снижение эффективности с течением времени.
Теперь, основываясь на результатах вольт-амперных кривых, спектроскопии импеданса и спектрофотометрии UV-VIS, исследовательская группа Университета Канадзавы определила важный фактор, который может привести к снижению производительности. Подобно тому, как ваши углеродсодержащие клетки кожи могут получить неприятный солнечный ожог от солнечного ультрафиолетового света после дня, проведенного на пляже, исследователи обнаружили, что хрупкие органические молекулы в полупроводниковом слое могут быть повреждены под действием воздействия..
«Мы обнаружили, что повреждение ультрафиолетовым светом увеличивает электрическое сопротивление слоя органического полупроводника», - говорит первый автор Макото Каракава. Это привело к уменьшению тока и, следовательно, к общему снижению эффективности. Используя метод, известный как времяпролетная лазерная десорбция/ионизация с помощью матрицы, исследователи определили вероятные продукты деградации от солнечного повреждения. Когда некоторые атомы серы в материалах замещаются атомами кислорода из атмосферы, молекулы перестают функционировать должным образом.
«Несмотря на то, что новые органические полупроводниковые материалы позволили нам резко повысить общую эффективность, мы обнаружили, что они, как правило, более уязвимы к ультрафиолетовому излучению», - объясняет старший автор Кохшин Такахаши. Основываясь на этом понимании, можно разработать более надежные устройства, которые сохранят высокую скорость преобразования энергии, что является важным шагом к тому, чтобы сделать солнечную энергию еще большей частью производства возобновляемой энергии.