Международная группа ученых показала, что упорядоченные структуры на основе органических молекул могут стать основой для солнечных батарей. Используя такие структуры возможно повысить эффективность органических фотопреобразователей в несколько раз.

Современные фотоэлектрические преобразователи в массе своей используют поликристаллический кремний, но ученые работают и над альтернативными вариантами. Одна из возможных замен кремнию – органические соединения, особые полимеры с фотоэлектрическими свойствами.

На страницах журнала Journal of Materials Chemistry A группа французских исследователей при участии ученых из МФТИ описала один из способов повысить эффективность органических фотопреобразователей при помощи добавления к полимеру атомов фтора. Ранее полученные данные указывали, что фторированные молекулы образуют упорядоченную структуру и это существенно улучшает фотоэлектрические свойства материала, но полного понимания сути этого процесса у химиков не было. Экспериментируя с модификациями исходных молекул, международный коллектив ученых смог добиться роста эффективности образцов с 3,7 до 10,2%. Это все еще меньше хороших коммерческих солнечных батарей, однако столь значительное увеличение КПД заставляет всерьез отнестись к новому материалу: такими темпами он может и перегнать сегодняшних фаворитов.

На молекулярном уровне использованный полимер представляет собой цепочку из звеньев довольно сложной конфигурации. Каждое звено включало несколько гетероциклов с серой (замкнутые пятиугольники из четырех атомов углерода и одного атома серы), а также боковые углеводородные цепочки, имеющие разветвленную структуру.

Варьируя длину боковых цепей и наличие атомов фтора, исследователи обнаружили, что удачная комбинация отличается в разы как большей эффективностью, так и большим выдаваемым током. На микроскопическом уровне молекулы «удачного» вещества формировали более упорядоченные стопки (это было показано при помощи рентгеноструктурного анализа) и отличались большей подвижностью носителей заряда – последняя связана с электрической проводимостью, которая, очевидно, должна быть у солнечной батареи достаточно высокой.