Ранее считалось, что создание однослойных фотоэлементов невозможно. Теперь новый эксперимент исследователей из университета Кембриджа доказал, что это все же возможно.
Редкая молекула P3TTM сделает солнечные панели простыми, как полиэтиленовый пакет
Солнечные батареи наших дней – это всегда многослойные конструкции, создавать которые довольно дорого. Если бы можно было выпекать их из единственного слоя, такая инновация совершила бы революцию в энергетике.
AleSpa — Wikipedia
Содержание
Созданная ими пленка из органической молекулы P3TTM при облучении светом генерировала электрический ток с высокой эффективностью: почти все поглощенные ею фотоны превратились в полезную энергию, согласно их статье в Nature Materials.
Как выглядит данная молекула, вы можете видеть на рисунке ниже. Она состоит из шести бензольных колец, объединенных в трехлучевую звезду, с добавлением атомов хлора.
Слева: молекула P3TTM. Справа: эффект люминесценции в этом веществе.
Эта молекула считается спин-радикальным органическим полупроводником благодаря наличию единственного неспаренного электрона. «Спин-радикальный» означает, что электрические, оптические и магнитные свойства этого вещества определяются именно наличием такого электрона.
Это делает P3TTM парамагнетиком – то есть, она активно взаимодействует с магнитным полем – и очень активной в реакциях взаимодействия. При облучении светом она начинает люминесцировать красным светом. А кроме того, начинается движение свободных электронов, которое само по себе можно использовать для снятия заряда – то есть, в качестве фотоэлектрической панели.
Рекомбинация свободных электронов с разным спином в веществе P3TTM
На пороге прорыва в энергетике
Сами авторы исследования считают, что наткнулись на явление, которое «перекидывает мост через столетие физики». «Мы не просто улучшаем старые разработки. Мы пишем новую главу в учебнике, показывая, что органические материалы способны генерировать заряды самостоятельно», – цитирует пресс-служла университета автора исследования Хуго Бронштейна.
Ранее считалось, что создание однослойных фотоэлементов невозможно.
Работа ученых развивает исследования Невилла Мотта – Нобелевского лауреата 1977 года, чьи работы по электронным взаимодействиям заложили основу современной физики конденсированного состояния.
Невилл Фрэнсис Мотт
«Идеи Мотта стали основополагающими... для нашего понимания полупроводников. Видеть, как эти квантово-механические законы проявляются в совершенно новом классе органических материалов, и использовать их для сбора света, – поистине уникальное событие», – считает ведущий автор профессор Ричард Френд, ведущий автор статьи.
Органические материалы – будущее энергетики
В наши дни промышленным способом производятся солнечные панели из неорганических материалов. Это может быть монокристаллический, поликристаллический или аморфный кремний. Первые значительно дороже в производстве, но обладают высокой эффективностью и долговечны. Последние имеют низкий КПД и быстро разрушаются, но просты в производстве.
Существуют также кадмий-теллуридные и медно-индиево-галлиево селенидные батареи. Они также очень стабильны и долговечны, но их создание затратно и есть проблемы с токсичностью и использованием редких элементов, таких как индий и галлий.
Уже много лет наука пробует разработать органические и гибридные материалы. Например, перовскитные батареи – пример органо-неорганического материала. Над ними бьются уже много лет: у таких панелей высокий КПД, но сам перовскит недолговечен и токсичен из-за присутствия свинца.
Есть более сложные органические полимеры, такие как P3HT (поли(3)-гексилтиофен), используемый как слой для транспорта «дырок» в перовскитных батареях.
О революции говорить рано
Находка материала, который может сам по себе генерировать электричество без дополнительных слоев, имеет высокую эффективность и стабилен при работе в реальных условиях, может стать прорывом.
Однако статья кембриджских ученых мало что говорит о других свойствах молекулы P3TTM. В доступных источниках информации информации о ней практически нет: мы не знаем, насколько она стабильна под действием мороза или жары, можно ли пленку из этого вещества производить промышленным способом и удобно ли будет ее утилизировать. Состоится ли революция, зависит от того, каким будет ответ на эти вопросы.
При подготовке статьи использовался ИИ. Факты проверены и текст написан живым автором.