​Научные сотрудники Института проблем химической физики РАН разработали высокоэффективные и стабильные тонкопленочные солнечные батареи на основе органических полупроводниковых материалов: сопряженных полимеров и производных фуллеренов. Исследования, поддержанные грантом Российского научного фонда, опубликованы в журналах Journal of Materials Chemistry A, Solar Energy Materials and Solar Cells и Advanced Energy Materials.

Органические солнечные батареи могут совершить революцию в мировой энергетике: стоимость энергии, получаемой путем преобразования солнечного света, может стать ниже, чем цена за электроэнергию, производимую путем сжигания ископаемого топлива. На сегодняшний день более 80% энергии во всем мире производится за счет сжигания нефти, газа и угля. Во-первых, это приводит к серьезному загрязнению окружающей среды. Во-вторых, менее чем за два последних столетия человечество исчерпало более половины доступных запасов нефти, которые формировались на протяжении миллионов лет.

Ученые по всему миру стремятся повысить эффективность преобразования солнечного света. Однако при этом очень мало внимания уделяется стабильности разрабатываемых материалов и солнечных батарей на их основе. В рамках проекта РНФ российские ученые занимаются разработкой новых фотоактивных материалов, обладающих в первую очередь высокой фотохимической и термической стабильностью, а также оптимальными свойствами для их эффективного использования в органических солнечных батареях.

"Солнечный свет является перспективным экологически чистым и доступным источником энергии. Годовое энергопотребление всего человечества оценивается примерно в 20 ТВт в год, в то время как Солнце ежегодно дает Земле ~105 ТВт. Поэтому Солнце можно считать практически неисчерпаемым источником энергии для нужд современного общества. Солнечные батареи на основе органических полупроводниковых материалов привлекают значительное внимание исследователей и инновационных предприятий из-за своей легкости, низкой стоимости, гибкости и простоты изготовления с использованием высокоэффективных печатных рулонных технологий", - рассказал руководитель гранта РНФ, кандидат химических наук Павел Трошин.

В своей работе ученые создали новую группу сопряженных полимеров для органических солнечных батарей. Они показали, что использование нерегулярных сополимеров, мономерные звенья в которых располагаются в основной цепи хаотично, позволяет достигать существенно лучших оптоэлектронных характеристик по сравнению с полимерами регулярного строения, где звенья в цепи чередуются в строго определенном порядке. На основе разработанных полимеров были изготовлены органические солнечные батареи с коэффициентом полезного действия более 7%, что является одним из лучших мировых результатов для устройств площадью более 1 см 2. Кроме того, изготовленные солнечные элементы показали себя стабильными в эксплуатации.

"Другим направлением работы стало создание нового класса электроноакцепторных материалов на основе производных фуллеренов для органических солнечных батарей. Полученные соединения обеспечили стабильную работу органических солнечных батарей в условиях высоких температур (140оС). Это важный шаг на пути к достижению долговременной эксплуатационной стабильности этого типа устройств и их практическому внедрению", - сказал Павел Трошин.

Ученые проводили исследования нескольких типов органических солнечных батарей в реальных полевых условиях в пустыне Негев (Израиль). Это позволило выявить важнейшие факторы, влияющие на стабильность солнечных элементов при их эксплуатации. Оказалось, что скрининг материалов на предмет их фотостабильности и отбор наиболее перспективных структур можно легко делать с использованием метода электронного парамагнитного резонанса.

Работа была выполнена совместно с учеными из Института солнечной энергетики Фраунгофера (Германия), Центра прикладных исследований в области энергетики Баварии и Университета имени Бен-Гуриона (Израиль).

Похожие новости

  • 10/09/2018

    Ученые реконструировали 3D-модель еды по двумерному изображению ее структуры

    ​Ученые показали, что на основе двумерного изображения продуктов питания можно создать трехмерную модель их внутреннего строения. Опираясь на нее, можно предсказать физические свойства пищевого продукта и смоделировать процессы, происходящие внутри него.
    226
  • 15/01/2018

    Российские ученые выяснили, как способ обработки полипропилена влияет на механические свойства конечного изделия

    ​Коллектив учёных, в том числе из Института синтетических полимерных материалов РАН и МФТИ, выяснил, как «правильность» молекул полипропилена и способ обработки влияют на механические свойства конечного изделия.
    519
  • 14/05/2018

    Ученые знают, как заставить проводник из графена лучше работать

    ​Графен – очень хороший проводник и перспективный материал, обладающий необычными свойствами. Сегодня ученые могут изготавливать уникально чистые образцы графена, которые содержат всего несколько примесей, мешающих его работе.
    271
  • 05/04/2018

    Российские ученые создали первый «настоящий» 3D-принтер

    ​Российские биологи и физики создали уникальные наночастицы, позволяющие печатать трехмерные структуры произвольной формы и любых размеров в один присест с помощью обычного инфракрасного лазера.
    472
  • 25/09/2018

    Физики измерили намагниченность диэлектрика за одну триллионную долю секунды

    Коллектив ученых из России, Германии, Швеции и Японии разработал способ изменить намагниченность диэлектрика, воздействуя на него сверхкороткими лазерными импульсами. Ученым удалось добиться времени изменения намагниченности в одну пикосекунду – это в 100 раз меньше, чем предполагалось ранее.
    157
  • 15/05/2018

    Российские ученые обнаружили аномалии в изменении теплоемкости кристаллов

    ​Российские ученые из МГТУ им. Н.Э. Баумана и Института физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина РАН исследовали необычное увеличение теплоемкости кристаллов, которое проявляется, если между частицами действуют силы с ограниченным радиусом действия.
    417
  • 15/08/2018

    Описаны механизмы увеличения энергии электронов в химических реакциях

    ​Ученые описали, как можно увеличить энергию электронов в ходе химических реакций. Принципы этого процесса используются в химическом синтезе, однако детально их ранее не исследовали. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ и опубликована в журнале Angewandte Chemie.
    259
  • 06/11/2018

    Российские физики разработали новую микроволновую антенну

    ​Ученые из Университета ИТМО совместно с коллегами из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН предложили новую микроволновую антенну, которая создает однородное магнитное поле в большом объеме и позволяет синхронизировать электронные спины группы дефектов в структуре наноалмаза.
    88
  • 17/03/2017

    Сибирские физики создадут точнейшие атомные часы

    Ученые из Института лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирского государственного университета и из Новосибирского государственного технического университета разработали сверхстабильный лазер для атомных часов, который позволит российским физикам создать устройства для измерения времени, не уступающие в точности западным аналогам, говорится в статье, опубликованной в Journal of Physics: Conf.
    1569
  • 20/07/2018

    Физики из России создали «лампочку» из оптоволокна, работающую в космосе

    ​Российские ученые создали прототип оптоволоконных источников света, способных работать в космосе и не разрушаться под действием радиации. "Инструкции" по их сборке были опубликованы в Journal of Lightwave Technology.
    236