Работа российских исследователей опубликована в журнале RSC Advances. В ней описана разработка новых органических молекул, предназначенных для дырочно-транспортного слоя — слоя, по которому движутся положительно заряженные носители тока, называемые дырками — в перовскитных солнечных элементах, тонкопленочных фотоэлектрических устройствах нового поколения.
В отличие от традиционных материалов, эти молекулы не требуют дополнительного легирования, то есть добавления посторонних примесей для повышения проводимости, что положительно сказывается на сроке службы и стабильности солнечных ячеек.
Ученые синтезировали три звездообразные малые молекулы — DPAMes-TT, TPA-TT и PhFF-TT. Такие молекулы имеют разветвленную структуру, в которой центральная часть соединена с несколькими функциональными группами. Это улучшает подвижность заряда, то есть способность переносить дырки, а также способствует высокой термической стабильности, устойчивости к нагреву, и снижает деградацию устройства.
Все полученные соединения выдерживают температуры выше 470 градусов Цельсия — это важно для надежной работы солнечных панелей в жарком климате. Для сравнения, стандартный полимер PTAA начинает разрушаться уже при 300−400 градусах.
Особое внимание ученые уделили энергетическим уровням новых молекул, в частности, уровню ВЗМО — высшей занятой молекулярной орбитали, то есть самой высокой энергетической орбите, заполненной электронами. Эти уровни должны хорошо согласовываться с зоной проводимости перовскита — активного светопоглощающего слоя, чтобы обеспечить эффективный перенос дырок. DPAMes-TT и TPA-TT показали такую совместимость, а также высокую кристалличность, то есть упорядоченность структуры материала в тонких пленках, что также повышает стабильность работы элемента.
В испытаниях солнечные элементы с новыми материалами достигли эффективности больше 19%, то есть превращали больше 19% падающего на них света в электричество, и сохранили больше 90% начальной мощности после 1200 часов работы. Для сравнения, элементы с PTAA показали 18,1% и потеряли больше половины мощности за тот же срок.
Разработанные молекулы могут быть полезны не только для солнечных батарей, но и для других оптоэлектронных устройств — органических светодиодов, фотодетекторов и датчиков освещенности. Исследователи продолжают оптимизировать структуру молекул и надеются, что их работа поможет приблизить массовое внедрение перовскитной технологии в мировую энергетику.
Ранее Наука Mail рассказывала, что солнечные панели помогают сохранять растительность на засушливых лугах.