Найден принцип конструирования органических жидких кристаллов с фотоэлектрическими свойствами

На огромном рынке разработок всевозможных портативных электронных устройств от систем сигнализации и до переносных диагностических аппаратов большое внимание уделяется фотоэлектрическим, то есть с использованием солнечных элементов, способам питания. Однако стоимость изготовления и обработки неорганических полупроводниковых компонентов, традиционно используемых в таких целях, препятствует развитию этого направления. Поэтому все больший потенциал в глазах инженеров приобретают органические фотоэлектрические материалы, которые в сравнении с традиционными материалами довольно просты в производстве и могут применяться с использованием техник струйной печати.

Схематическое изображение молекулы жидкого кристалла (сверху) и образованного такими молекулами жидкокристаллическое фотоэлектрическое устройство (внизу). Сиреневые сферы – фуллерены, желто-зеленые цепочки – олиготиофены, гидрофобные и гидрофильные концы молекул отмечены синим и красным цветами соответственно.

Схематическое изображение молекулы жидкого кристалла (сверху) и образованного такими молекулами жидкокристаллическое фотоэлектрическое устройство (внизу). Сиреневые сферы – фуллерены, желто-зеленые цепочки – олиготиофены, гидрофобные и гидрофильные концы молекул отмечены синим и красным цветами соответственно

Органические фотоэлектрические элементы, или фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) построены из доноров электронов, которые испускаются при попадании света (так называемый внутренний фотоэффект материала) и акцепторов электронов, которые находятся в область, необходимой для превращения световой энергии в электрическую. Однако если использовать типичные доноры электронов  – р-конъюгированные короткоцепочечные олигомеры, построенные из повторяющихся ненасыщенных органических молекул с чередующимися одинарными и двойными связями в паре с акцептором электронов, таким как С60, то такие молекулы образуют неупорядоченные скопления, что приводит к сильному снижению эффективности элемента. Хорошим решением в этом случае может послужить создание конструкции, в которой молекула донора электронов соединена ковалентной связью с молекулой акцептора электронов, однако предстоит еще решить задачу об упорядочивании таких молекулярных конструкций.

Недавно группа японских ученых из научного центра RIKEN и Токийского Университета разработала жидкие кристаллы (фазы, которые могут перетекать подобно жидкости, а расстояние между молекулами в которых довольно мало), особенностью которых стало самостоятельное упорядочивание с образованием донорно-акцепторной системы. Другая особенность этого изобретения заключается в том, что образующиеся отдельные слои доноров и акцепторов электронов имеют в полученной структуре большую площадь взаимодействия.

Новые жидкокристаллические системы образуют фуллерен (акцептор электронов)  – с одного конца молекулы, и тиофеновый олигомер (донор электронов) – с другого конца. Свойство самоорганизации молекул в жидком кристалле ученые добавили с помощью модификации концов молекулы гидрофобными и гидрофильными группами: к донорному тиофеновому концу была пришита гидрофобная группа, а к фуллереновому акцепторному участку – гидрофильная. В результате упорядочивания ориентации молекул полученная жидкокристаллическая система приобрела фотоэлектрическую эффективность.

Авторы работы выявили еще несколько полезных свойств нового фотоэлектрического материала: например, поскольку это жидкость, то возможные дефекты в структуре донорных и акцепторных слоев «самозалечиваются» при простом цикле повышения и понижения температуры. Принципы дизайна жидкокристаллических материалов, описанные в этой работе, являются основой создания нового поколения высокоэффективных органических фотоэлектрических преобразователей.

Мария Костюкова

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.6 (5 votes)
Источник(и):

Liquid Crystals Lining Up to Make Self-Healing Photovoltaic Device



Категории статьи