Полимерные солнечные батареи можно улучшить водой
Корейские ученые из Института науки и технологий Кванджу предложили обрабатывать активный слой полимерных солнечных батарей водой, чтобы улучшить морфологию полимера. Это повышает КПД преобразования солнечной энергии в электрическую. Исследование опубликовано в журнале Advanced Functional Materials.
В полимерных солнечных батареях для перевода солнечной энергии в электричество используются полимеры. У такого типа солнечных батарей ряд преимуществ. Они легкие, гибкие, у них достаточно высокий КПД преобразования (больше 19%). В настоящее время существует ряд стратегий по улучшению эффективности и стабильности полимерных солнечных батарей. Тем не менее актуальной остается проблема того, что тяжело контролировать морфологию активного слоя батарей. Из-за этого возникают трудности при получении высококачественных тонких пленок активного слоя, что, в свою очередь, мешает при повышении эффективности.
Корейские ученые предложили обрабатывать активные слои водой. Такое решение сначала может показаться неочевидным. Известно, что вода может снизить эффективность полимерных электронных устройств, так как она способна перекрывать поток заряда. Однако ученые убеждены, что для обработки активного слоя вода подходит лучше, чем органические растворители, так как может индуцировать нужные физические изменения без химических превращений. Ученые использовали в качестве доноров в активном слое полимеры PTB7-TH и PM6, а в качестве акцепторов — PC61BM, EH-IDTBR, Y6. Чтобы хорошо смешать ингредиенты активного слоя, нужно добиться формирования воронки, но ее одной недостаточно. Активная смесь гидрофобна, поэтому ученые предложили использовать деионизованную воду для ее обработки. Они смешали донорные и акцепторные полимеры в хлорбензоле, а спустя время добавили в смесь деионизованную воду и перемешали ее. Из-за гидрофобности смеси донорные и акцепторные молекулы в ней сталкивались, лучше растворяясь в хлорбензоле. Затем исследователи дали смеси отстояться, после чего вода отделилась от нее. Тогда ученые использовали полученные активные смеси для создания тонких пленок.
Авторы работы оценили эффективность солнечных батарей с активными слоями без обработки водой и с ней. Оказалось, что при обработке водой активные слои в тонких пленках были более однородны. Также у таких батарей, активная площадь которых составила всего 10 см2, КПД преобразования солнечной энергии в электроэнергию был на 12% выше, чем у батарей без обработки водой.
В работе описан метод, который поможет в создании эффективных полимерных солнечных батарей. Этот метод простой, дешевый и экологичный, поэтому он может помочь в коммерческой реализации полимерных солнечных батарей.