В отличие от кремниевых элементов, которые часто устанавливают в фотоэлектрических системах на крышах зданий, органические солнечные элементы состоят из специальных полимеров на основе полупроводников, называемых фуллеренами — мельчайших молекул углерода, похожих на футбольные мячи. Использование фуллеренов делает клетки высокоэффективными, но при этом менее долговечными, что означает, что они не могут соответствовать стандартной технологии, например, в течение более длительных периодов времени, чем 30 лет. «Экологическая стабильность этих типов солнечных элементов пока недостаточна», — говорит профессор д-р Кристоф Брабек, исследователь фотовольтаики и материаловед, заведующий кафедрой материалов для электроники и энергетических технологий.Однако это скоро изменится.
Вместе с коллегами из Имперского колледжа Лондона и Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST) исследователям FAU во главе с профессором Брабеком и ученым-материаловедом Никола Гаспарини, докторантом FAU, теперь удалось найти альтернативу фуллеренам. «Мы определили новую органическую молекулу, не основанную на фуллеренах. По сравнению с другими акцепторами, которые являются важным элементом фотоэлектрической энергии, он представляет собой отдельный класс с точки зрения функциональности », — поясняет Кристоф Брабек.
В то время как фуллерены поглощают очень небольшое количество света, новая молекула способна преобразовывать очень большое количество. Чем больше поглощается солнечного света, тем выше эффективность. «Это крупный прорыв для международного исследовательского сообщества, которое искало новые клеточные технологии, которые могли бы заменить фуллерен и снизить стоимость производства солнечной энергии».
По словам профессора Брабека, именно это сделает производство энергии с помощью фотоэлектрических элементов конкурентоспособной альтернативой ископаемым видам топлива. При определении стоимости производства энергии учитываются все затраты, необходимые для преобразования энергии источника (в данном случае солнца) в электричество.В своем исследовании исследователи продемонстрировали рекордную стабильность и эффективность недавно разработанного полимера. «Мы измерили значительно более высокую стабильность воздуха даже при температуре до 140 градусов», — объясняет профессор Брабек. «И мы ожидаем, что сможем производить стабильные солнечные элементы с эффективностью более десяти процентов, используя эти материалы».
Еще одно важное преимущество заключается в том, что процесс печати на новых органических материалах дешевле. Вместо использования дорогих полупроводниковых технологий фотоэлектрические элементы, состоящие из тонких полимерных подложек, производятся на производственной линии, где они печатаются и покрываются. Кроме того, солнечные пленки могут быть разных цветов.
Это даст архитекторам большую свободу при выборе цветовых сочетаний для своего дизайна и позволит производителям автомобилей устанавливать специальные органические солнечные элементы, например, в стеклянные крыши своих автомобилей. Новая технология также открывает перед химической промышленностью целый ряд новых возможностей для улучшения существующих приложений и разработки новых.
В свете всего этого очевидно, что исследователям FAU удалось сделать важный шаг вперед в исследованиях солнечной энергии. «Новые результаты подчеркивают отличную работу и высокие стандарты исследователей FAU, которые работают вместе в междисциплинарных командах», — говорит Кристоф Брабек. «Эта важная веха в развитии фотоэлектрических технологий нового поколения является свидетельством их превосходных исследовательских навыков». Новые солнечные модули были разработаны в тесном сотрудничестве с доктором Дерией Баран из Имперского колледжа Лондона, которая после получения докторской степени проводила исследования в FAU.
Исследователи также сотрудничали с Университетом науки и технологий короля Абдаллы (KAUST), Саудовская Аравия, и Стэнфордским университетом, США.