23.08.2019
Франк Вюртнер из Университета Вюрцбурга, Германия, и Цзэнци Се из Южно-Китайского технологического университета (SCUT), Гуанчжоу, Китай, исследовали идею сделать слой оксида цинка немного более органическим и фотопроводящим для уменьшения контактного сопротивления при облучении Солнечный лучик.
Органические солнечные элементы в наши дни создают из дешевых и доступных материалов, но их эффективность и стабильность все еще отстают от таковых, у традиционных солнечных элементов на основе кремния. Китайско-немецкая группа ученых нашла способ повысить электропроводность органических солнечных элементов, что повышает их производительность. Легирование промежуточного слоя оксида металла, который соединял электрод и активный слой, с модифицированным органическим красителем повышает и эффективность, и стабильность. Это доказало исследование, опубликованное в журнале Angewandte Chemie.
Органические солнечные элементы преобразуют свет в электрический ток. Основа клеток - это активный органический слой, состоящий из специально разработанных органических молекул. Здесь электроны и дырки, положительные аналоги электронов, генерируются светом и перемещаются к электродам, образуя электрический ток. Постоянной проблемой в строении органических солнечных элементов является сопоставление типов материалов.
Электроды сделаны из неорганических материалов, но активный слой является органическим. Чтобы соединить эти два материала, металлооксидные прослойки вводятся во многие органические типы клеток. Но в большинстве проектов полученная проводимость не является оптимальной.
Франк Вюртнер, ученый из Университета Вюрцбурга, Германия, и Цзэнци Се из Южно-Китайского технологического университета (SCUT), Гуанчжоу, Китай, исследовали идею сделать слой оксида цинка немного более органическим и фотопроводящим для уменьшения контактного сопротивления при облучении солнечными лучами.
Ученые приготовили органический краситель таким образом, чтобы он образовывал устойчивые комплексы с ионами цинка, присутствующими в слое оксида цинка. Под воздействием солнечного света этот модифицированный краситель, называемый гидрокси-PBI, затем вводит электроны в промежуточный слой оксида цинка, что увеличивает его проводимость.
Затем ученые собрали органический солнечный элемент, который состоял из электрода из оксида индия и олова (ITO), слоя оксида цинка, легированного красителем гидрокси-PBI, активного слоя из полимера в качестве донора электронов и органической молекулы в виде акцептор, другой промежуточный металлический оксид и алюминиевый электрод в качестве положительного электрода. Эта архитектура, называемая инвертированной объемной гетеропереходной ячейкой, это фактически современная органическая солнечная батарея, которая обеспечивает максимальную эффективность преобразования энергии на уровне 15%.
Межслойное легирование было полезным в нескольких отношениях. В зависимости от красителя (ученые проверили эффективность нескольких красителей с немного различной структурой) была достигнута эффективность преобразования почти на 16%. Кроме того, прослойка из оксида цинка, легированного красителем, также оказалась более стабильной, чем прослойка без легирования.
Авторы данного исследования говорят, что важно, чтобы краситель PBI был модифицирован до его гидрокси-PBI формы, что приводило к образованию плотных комплексов с ионами цинка. Только тогда неорганически-органическая гибридная структура может эволюционировать, образуя хороший контакт с активными материалами. Именно благодаря этому у нас скоро появится возможность производить и применять высоко эффективные, органические солнечные батареи.