Ожидается, что органические фотоэлектрические элементы станут следующим поколением солнечных элементов, поскольку в них используются более дешевые компоненты, они более легкие, гибкие и простые в производстве по сравнению с используемыми в настоящее время неорганическими солнечными элементами.
«Растет озабоченность по поводу использования ископаемого топлива и его воздействия на окружающую среду», – говорит Хироши Имахори, молекулярный инженер в iCeMS, который руководил работой с коллегой Томокадзу Умэямой. «Нам нужно много работать, чтобы улучшить устойчивые энергетические системы."
Энергогенерирующий слой в органических фотоэлектрических элементах содержит молекулы, которые либо отдают, либо принимают электроны. Свет поглощается этим тонким слоем, возбуждая молекулы, которые генерируют заряды, которые образуют электрический ток.
Но для эффективного преобразования света в электричество компонент, принимающий электроны, должен оставаться возбужденным.
Один тип органических клеток очень хорошо поглощает широкий спектр света, но не остается возбужденным надолго. Чтобы попытаться решить эту проблему, Имахори, Умэяма и их коллеги из Японии нацелились на молекулярную основу электроноакцепторного компонента клетки.
В частности, они заменили центральное кольцо молекулой под названием тиеноазакоронен, создав новую молекулу под названием TACIC.
Как и его предшественник, TACIC поглощал широкий спектр видимого и ближнего инфракрасного света.
Примечательно, что он сохранял возбужденное состояние в 50 раз дольше, преобразовывая более 70% легких частиц в ток. Конструкция достигла этого за счет стабилизации вибрации и вращения, которые обычно возникают при поглощении света, экономии кинетической энергии и облегчения межмолекулярного взаимодействия.
Элемент по-прежнему имеет эффективность преобразования энергии чуть менее 10%, что сопоставимо с другими исследуемыми органическими солнечными элементами. Команда считает, что модификации боковых цепей и основной структуры молекулы тиеноазакоронена могут еще больше повысить эффективность органических фотоэлектрических систем.