Дорогие читатели, Нашему шестнадцатилетнему, волонтёрскому и некоммерческому проекту для создания новой, современной версии N-N-N.ru, очень нужно посоветоваться касательно платформы нашего сайта – SYMFONY & DRUPAL 8. Платформа не простая, но обещаем – мы не займём много времени, просто нужна консультационная поддержка квалифицированного разраба. Если вы можете помочь, то связаться с нами можно на страницах Facebook.com здесь и здесь.

Эффективные полимерные фотоэлементы должны быть максимально хаотичными

Стэнфордские учёные попробовали улучшить полимерные гибкие солнечные батареи не в направлении «к кремнию», а, напротив, в прямо противоположную сторону.

Как известно, КПД кремниевых и пластиковых фотоэлементов разнятся сейчас едва ли не вдвое. Причём теоретические причины этого не слишком ясны. Некоторые исследователи, считая, что бóльшая эффективность кристаллического кремния связана с большей упорядоченностью его атомарной структуры, пытались создать такие полимерные фотоэлементы, в которых упорядоченность взаимного расположения молекул была бы выше, чем в обычных пластиках. Но ничего не получалось: КПД не рос.

d12.jpg Рис. 1. Эти снимки в рентгеновских лучах показывают микроскопические структуры двух полупроводниковых пластиков. Нижнее изображение — высокоупорядоченную структуру с несколькими кристаллами в ряд. Верхнее — малоупорядоченный образец с многочисленными крохотными кристаллами, еле различимыми на общем фоне. (Здесь и ниже илл. Jonathan Rivnay, Michael Toney, SSRL / SLAC.)

Стэнфордцы во главе с Родриго Норьегой (Rodrigo Noriega) зашли с другого конца и проанализировали потенциальную эффективность полупроводниковых полимеров с низкой степенью упорядоченности молекулярных цепочек.

Традиционные полупроводниковые пластики, открытые почти сорок лет назад, имеют ограниченную подвижность электронов, что ведёт к неспособности эффективно передавать электроны, получаемые при поглощении солнечного света, за пределы фотоэлемента.

Чтобы лучше понять происходящие в них процессы, учёные исследовали такие материалы под рентгеновскими лучами и в итоге заметили на самом пределе разрешения следующее:

в молекулярно хаотичных пластиках формируется нечто вроде крохотных нанокристаллов, в коих молекулы упорядочены — вот только размер таких «кристаллов» не превышал нескольких молекул. Оттого никто и не замечал этих образований, полагая, что в отсутствие упорядоченных структур пластик для солнечной энергетики бесполезен.

Напротив, команда г-на Норьеги выяснила, что

хотя такие крохотные кристаллы и не составляли сплошной структуры, будучи окруженными хаотичными «спагетти» полимерных цепочек, на самом деле именно молекулярные цепочки окружающего хаоса соединяли один нанокристалл с другим, успешно передавая по ним электроны и обеспечивая тем самым их нужную мобильность.

А вот большие структуры вроде кристаллических решёток в пластике оставались «чужеродными» и не образовывали сами по себе соединений с неупорядоченными полимерными цепочками, что исключало высокую подвижность электронов и сказывалось на КПД таких фотоэлементов. Кроме того, полимеры, образовавшие большие кристаллы, были малорастворимы, и из них не удавалось делать чернила. Обычно же сильной стороной пластиковых фотоэлементов была именно растворимость исходных компонентов, сводившая процесс сборки устройства к его распечатке струйным принтером на любой плёнке.

Итак, сам подход к пластиковым солнечным батареям все эти годы был неверным в силу слабого понимания природы материала.

d13.jpg Рис. 2. Позволит ли новый подход создать эффективные пластиковые фотоэлементы, которые, в отличие от более дорогих кремниевых, можно размещать на любой поверхности?

Один из авторов работы Альберто Саллео (Alberto Salleo) замечает:

«В определённом смысле химики-практики были впереди, поскольку уже получали такие материалы, но они не знали, почему именно эти пластики оказались столь эффективны. Теперь благодаря нам они смогут спроектировать куда более действенные образцы». Кроме того, г-н Саллео советует учёным, работающим в этом направлении, создать материал, который смог бы существовать с максимально возможной неупорядоченностью: «Воспользуйтесь хаосом. Лично мне он нравится: просто взгляните на мой кабинет».

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Materials.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.2 (6 votes)
Источник(и):

1. Стэнфордский университет

2. compulenta.ru