Исследователи обнаружили, что покрытие электрода толщиной всего в одну молекулу может значительно улучшить характеристики органического фотоэлектрического элемента. Покрытие превосходит по характеристикам ведущий материал, используемый в настоящее время для этой задачи, и может открыть путь для усовершенствований других устройств, основанных на органических молекулах, таких как светоизлучающие диоды и фотодетекторы.
В отличие от наиболее распространенных фотоэлектрических элементов, которые используют кристаллический кремний для сбора света, органические фотоэлектрические элементы (OPV) полагаются на светопоглощающий слой молекул на основе углерода. Хотя ОПВ еще не могут соперничать с кремниевыми элементами по характеристикам, их можно было бы проще и дешевле производить в больших масштабах с использованием методов печати.
Когда свет попадает в фотоэлектрический элемент, его энергия освобождает отрицательный электрон и оставляет положительный зазор, известный как дыра. Затем разные материалы собирают электроны и дырки и направляют их к разным электродам для генерации электрического тока. В OPV широко используется материал PEDOT: PSS для облегчения переноса образовавшихся отверстий в электрод; однако PEDOT: PSS - дорогостоящий, кислый продукт, который со временем может ухудшить характеристики элемента.
Теперь команда разработала лучшую альтернативу PEDOT: PSS. Они используют гораздо более тонкое покрытие молекулы, переносящей дырки, под названием Br.-2PACz, который связывается с электродом из оксида индия и олова (ITO) с образованием одномолекулярного слоя. Органическая ячейка с использованием Br-2PACz достиг эффективности преобразования энергии 18.4 процента, тогда как эквивалентный элемент с использованием PEDOT: PSS достиг только 17.5 процента.
«Действительно удивлены улучшением производительности», - говорят члены исследовательской группы. «Мы считаем, что Br-2PACz может заменить PEDOT: PSS из-за его низкой стоимости и высокой производительности ».
Br-2PACz увеличивал эффективность клетки несколькими способами. По сравнению со своим конкурентом, он вызывал меньшее электрическое сопротивление, улучшал перенос дырок и позволял большему количеству света проходить через поглощающий слой. Br-2PACz также улучшил структуру самого светопоглощающего слоя, эффект, который может быть связан с процессом нанесения покрытия.
Покрытие может даже улучшить возможность вторичной переработки Солнечная батарея. Исследователи обнаружили, что ITO-электрод можно вынуть из ячейки, снять с него покрытие и затем использовать повторно, как если бы он был новым. Напротив, PEDOT: PSS делает поверхность ITO шероховатой, так что он плохо работает при повторном использовании в другой ячейке. «Мы ожидаем, что это окажет серьезное влияние как на экономику ОПВ, так и на окружающую среду».