Полимерные солнечные элементы могут похвастаться малым весом, гибкостью и относительной простотой обработки, но их практическое применение долгое время ограничивалось недостаточной стабильностью и производительностью в эксплуатации. Команда ученых из Уханьского университета смогла обойти это препятствие. Вместо традиционных низкомолекулярных акцепторов они использовали полимерные акцепторы.

Полимерная архитектура из длинных сопряженных цепей уменьшает свободный объем в активном слое и ограничивает молекулярную подвижность, обеспечивая повышенную термическую и морфологическую стабильность. Однако длинные цепи склонны к самоорганизации в неупорядоченные агрегаты, что снижает структурный порядок и увеличивает рекомбинацию носителей заряда. Эту проблему ученые решили, добавив небольшое количество тщательно подобранного низкомолекулярного акцептора в матрицу полимерных акцепторов.

«Благодаря разделению полимерных цепей и созданию упорядоченной молекулярной упаковки, полученные устройства достигают многообещающей эффективности преобразования энергии в 19,1%, а также надежного срока службы T97, превышающего 2000 часов на воздухе», — говорится в пресс-релизе.

Полученный элемент на подложке из оксида индия-олова продемонстрировал напряжение холостого хода 0,941 В, плотность тока короткого замыкания 26,3 мА/см² и коэффициент заполнения 77,3%, сообщает PV Magazine.

Кроме того, полимерные акцепторы обеспечивают превосходные механические свойства по сравнению с низкомолекулярными системами: переплетение цепей повышает механическую прочность и пленкообразующую способность, что особенно ценно для гибких и крупноформатных солнечных панелей.

«Эта работа показывает, как молекулярные и морфологические структуры органических полупроводников определяют срок службы устройств, и предлагает практический путь к коммерциализации гибкой органической фотовольтаики», — заявили исследователи.

Крупный производитель кремниевых пластин и фотоэлементов Longi объявил в конце прошлого года о создании гибкого тандемного солнечного элемента на основе перовскита и кремния площадью 1 см² с новым рекордом эффективности преобразования энергии — 33,35%.