Китайские учёные разработали новый материал для органических солнечных элементов

Китайские учёные совершили прорыв в области органических солнечных элементов, предложив новые идеи для дизайна материалов межфазных слоёв и заложив основу для крупномасштабного коммерческого применения этой технологии.

Исследование, проведённое под руководством профессора Хуан Хуэй и доцента Цай Юньхао из Университета Китайской академии наук, было опубликовано в международном научном журнале Nature Materials.

По сравнению с неорганическими солнечными элементами, органические аналоги обладают такими преимуществами, как лёгкость, возможность изготовления из растворов и врождённая механическая гибкость. Это позволяет создавать ультратонкие, гибкие и сворачиваемые устройства, пригодные для гибкой электроники, носимых технологий и интегрированных в здания фотоэлектрических систем.

«Одной из ключевых проблем остаётся производительность катодного межфазного слоя», — отметил Цай Юньхао.

Использование традиционных однородных межфазных материалов сталкивается с такими проблемами, как недостаточная проводимость, сильная рекомбинация зарядов и плохая морфология тонких плёнок, что ограничивает улучшение эффективности и стабильности устройств.

Для решения этой проблемы исследовательская группа предложила инновационную стратегию «синергии двух компонентов», объединив органические и неорганические материалы таким образом, чтобы добиться функциональной взаимодополняемости и взаимного усиления.

Этот подход значительно снизил плотность дефектов, улучшил проводимость и однородность плёнки межфазного слоя, оптимизировав эффективность извлечения и транспорта зарядов, а также эффективно подавив рекомбинацию зарядов.

На основе нового материала команда разработала органический солнечный элемент с лабораторной эффективностью 21%, при этом сертифицированная эффективность достигла 20,8%, установив новый рекорд в этой области.

По словам учёных, новая технология особенно подходит для гибких фотоэлектрических устройств, позволяя носимой электронике, умным тканям и портативным зарядным устройствам удовлетворить критическую потребность в сверхлёгких и гибких источниках питания.

Благодаря отличной фотостабильности и механической прочности этот материал также открывает большие перспективы для энергоснабжения в аэрокосмической отрасли, беспилотных летательных аппаратах и экстремальных условиях.