Китайские исследователи сделали важный шаг вперед для развития нового поколения солнечных элементов. Так называет тандемные органические фотоэлементы (ОФЭ или OPV) с рекордной эффективностью даст огромный потенциал для практического применения
Чаще всего для создания солнечных панелей используется кремний, так как он наиболее эффективен при преобразовании солнечного света в электричество. Но органические фотоэлементы, изготовленные из углерода и пластика, могут стать более дешевым способом производства электроэнергии.
Термин «органический» означает, что углеродсодержащие материалы находятся в их основе, а не кремний.
Органическая фотовольтаика (OPV) может быть изготовлена из соединений, которые растворяются в чернилах, поэтому их можно напечатать на тонких слоях пластика, что позволяет им гнуться в любую сторону.
Коммерческая солнечная фотовольтаика обычно дает не более 15-22% КПД, мировой рекорд кремниевой ячейки составляет 27,3% эффективности, и был достигнутой этим летом в Великобритании.
Органика давно добилась примерно половины этого показателя, но в апреле исследователи смогли достичь 15% КПД в условиях тестирования. Более новое исследование дало результат в 17%. А авторы исследования говорят, что эффективность можно увеличить до 25%.
Согласно оценкам, с 15%-ной эффективностью и 20-летним сроком службы, органические солнечные элементы могут производить электроэнергию стоимостью менее 7 центов за киловатт-час. В 2017 году средняя стоимость электроэнергии в США составляла 10,5 центов за киловатт-час, согласно данным Управления энергетической информации США.
Главным минусом органической фотовольтаики является то, что органические материалы имеют слабосвязанные молекулы, которые могут улавливать электроны и замедлять производство электроэнергии. Поэтому исследователи пытаются обойти этот недостаток, объединив различные слои материала в так называемых тандемах.
— Тандемная ячейка означает, что есть два устройства, соединенных в одной структуре. У нас есть два слоя активных материалов, каждый слой может поглощать разные длины волн света. Это означает, что вы можете использовать солнечный свет более широких волн или более эффективно, и это может привести к увеличению количества тока, — отметил один из авторов исследования доктор Йонгшенг Чен из Университета Нанкай в Китай.
Ученые сравнивают OPV с органическими светоизлучающими диодами или OLED. Эта технология в последние несколько лет широко используется в высококачественных телевизорах. При этом они для их создания используются аналогичные OPV материалы.
Гибкие напечатанные органические солнечные элементы предлагают широкий спектр возможностей. Они могут работать в помещении, их можно сделать полупрозрачными, чтобы наносить на окна и генерировать энергию днем. Также они очень легкие и могут нанесены не только на крышу здания, но и на стены. Также их можно использовать на крышах автомобилей и в одежде. Например, встроить в очки или гаджет.