Квантовая механика открывает путь к более стабильным органическим солнечным элементам

Квантовая механика может быть использована для создания более стабильных и простых в производстве органических солнечных элементов. Таковы результаты нового исследования Гетеборгского университета.

Органические солнечные элементы имеют много преимуществ по сравнению с традиционными солнечными элементами на основе кремния. Их можно дешево изготавливать в больших масштабах с использованием печатных машин, они легкие, податливые и гибкие. Проблема в том, что современные органические солнечные элементы не так стабильны и эффективны, как солнечные элементы на основе кремния. В новом исследовании исследовательская группа взялась за эту проблему и нашла способ, который может привести к более рентабельной технологии солнечных элементов.

«Есть отличные возможности для использования квантовой эффективности для изменения различных химических и материальных характеристик. В этом исследовании мы представляем метод, который позволяет увеличить диффузию энергии в органических материалах. Это позволяет нам создавать органические солнечные элементы с более простой структурой, "- говорит Карл Бёрьессон, профессор физической химии Гётеборгского университета и главный автор исследования.

Связь материи и света
По сути, речь идет о том, чтобы энергия солнечных элементов эффективно передавалась в нужное место. Органические солнечные элементы состоят из двух материалов, и поглощенная энергия солнца должна рассеиваться - чтобы перемещаться - к границе раздела между материалами. Но диффузия - неэффективный процесс, поскольку энергия движется медленно и рискует потеряться в виде тепла, прежде чем достигнет этой границы раздела. Решение состояло в том, чтобы смешать два материала в солнечных элементах, чтобы уменьшить расстояние и чтобы энергия быстрее достигала границы раздела. К сожалению, это также приводит к тому, что солнечные элементы не находятся в термодинамическом равновесии, что со временем делает конструкцию менее прочной, чем могла бы быть.

Исследователи показывают, что новый метод позволяет передавать энергию на большее расстояние, а это означает, что можно избежать сложного смешивания материалов в солнечных элементах. Ключевым элементом этого метода являются квантовые эффекты, когда свет и материал объединяются в гибридные состояния света и материи.

«Когда мы прочно соединяем свет и материю, энергия распространяется по всей системе. Если система - как в этом случае - состоит из нескольких материалов, энергия может быть направлена к границе раздела. Мы показываем в исследовании, что энергия перемещается быстрее к границам раздела, когда материалы прочно связаны. Это означает, что материалы в солнечных элементах не нуждаются в физическом смешивании, поскольку они смешиваются на квантовом уровне. Это также приводит к тому, что система находится в термодинамическом равновесии ", - говорит Карл Бёрджессон.

Солнечные элементы с простой слоистой структурой

По словам Бёрджессона, это открытие может повлиять на то, как производятся органические солнечные элементы, поскольку становится возможным увеличить их долговечность, в то время как солнечные элементы могут быть сделаны с простой слоистой структурой. Он также отмечает, что это исследование на самом деле является результатом концепции, уже обнаруженной в природе.

«Природа использует сильную связь между молекулами для эффективной передачи солнечной энергии при фотосинтезе. В принципе, мы показали, что та же основная концепция может быть применена к органическим солнечным элементам».

https://educom.net/blog/quantum-mechanics-paves-the-way-for-more-stable-organic-solar-cells

Текст: Ulrika Ernström Фото: Natasha Ray