​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

  • 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.
    994
  • 16/03/2018

    Компьютерная программа выжмет максимум нефти из земли

    ​Необычная компьютерная программа использует довольно простую основу, созданную в 1956 году, но при этом может то, что недоступно более сложным современным алгоритмам. Ученые из Института динамики геосфер, Института физики Земли, Почвенного института РАН и МГУ имени М.
    874
  • 09/01/2018

    Геофизики исследовали космические хоры в радиационном поясе Земли

    ​Ученые из Полярного геофизического института исследуют низкочастотные сигналы, которые способны влиять на радиационный пояс Земли. Прогноз поведения пояса позволит минимизировать вред от космической радиации для спутников и космонавтов.
    988
  • 15/12/2017

    Российские ученые исследовали взаимодействия одиночных импульсов

    ​Российские ученые изучили поведение одиночных импульсов волн - однократных возмущений, распространяющихся в пространстве или в среде, - при их столкновении в нелинейных средах. Результаты работы ученых из России и Швеции опубликованы в журнале Nonlinear Dynamics.
    1534
  • 16/04/2019

    В России за последние 50 лет увеличилась интенсивность и частота ливней

    Российские климатологи показали, что с каждым десятилетием вклад сильных ливней в общее количество осадков в России увеличивается на 1–2%. Растут как частота, так и интенсивность проливных дождей. В некоторых регионах вклад ливней в общую сумму осадков уже превышает вклад более спокойных обложных дождей вдвое и больше.
    436
  • 13/08/2018

    Профессор Вячеслав Сторчак: необходимо интегрировать новые направления с кремниевыми технологиями

    Информационные технологии развиваются столь быстрыми темпами, что человечество не всегда успевает на эти изменения реагировать. Все это - во многом благодаря новым материалам с принципиально новыми свойствами.
    1019
  • 13/12/2017

    Российский физик нашел новый способ запустить термоядерную реакцию

    Физик из МГУ и Института прикладной математики РАН доказал, что термоядерную реакцию можно запустить, используя уже существующие ускорители плазмы и магнитные ловушки, что может ускорить создание чистых источников энергии, говорится в статье, опубликованной в журнале Plasma Physics and Controlled Fusion.
    1352
  • 22/01/2020

    РАН хочет просить кабмин ускорить начало финансирования проекта уникального синхротрона

    ​Президиум Российской академии наук должен будет обратиться в правительство РФ с просьбой ускорить начало финансирования строительства в Новосибирске уникальной "меганаучной" установки, синхротрона четвертого поколения СКИФ, заявил президент РАН Александр Сергеев.
    216
  • 13/12/2019

    В РАН прошел совет по Стратегии научно-технического развития РФ

    ​В Академии наук прошел совет по приоритетному направлению Стратегии научно-технического развития РФ: «Переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышение эффективности добычи и глубокой переработки углеводородного сырья, формирование новых источников, способов транспортировки и хранения энергии».
    517
  • 15/11/2019

    Татьяна Голикова: «Привычное название СКИФ»

    ​Заместитель председателя правительства России рассказала на Общем собрании членов РАН о мерах государственной поддержки развития науки на ближайшие годы.  Выступая перед членами Академии, вице-премьер Татьяна Алексеевна Голикова сказала: «Я знаю, что Общее собрание посвящено не только выборам членов РАН, оно затрагивает и содержательные вопросы развития российской науки… Президент страны впервые, наверное, за современную ее историю объявил науку в качестве национального приоритета, и это, безусловно, получило поддержку в ее финансовом обеспечении».
    966