Обычно органические солнечные батареи менее эффективны, чем их кремниевые аналоги. Но и они пользуются спросом на рынке, поскольку их можно сделать дешевле и в более эстетичном дизайне.Химики Норвежского технологического университета (NTNU) работают над созданием органических фотоэлементов со сенсибилизированным красителем.
В своей исследовательской деятельности они вдохновились природой (живыми растениями с их молекулами, способными поглощать энергию солнечного света) и разработали схожие структуры в лаборатории.
В плане производительности при использовании на открытом воздухе органика заметно проигрывает кремнию. Но такие солнечные элементы имеют преимущества при работе в условиях рассеянного света, например, в пасмурную погоду или в помещениях. В своих изысканиях ученые сфокусировались именно на фотоэлементах для работы внутри зданий.
Органические солнечные батареи скоро можно будет по праву назвать «комнатными». Преобразовывать в электричество рассеянный свет внутри домов, квартир и офисов они способны с максимальной эффективностью. Кроме того, им легко придавать различные формы, делать прозрачными или цветными.
В настоящее время большим спросом пользуются органические элементы зеленых и синих цветов. Их часто используют для BIPV приложений (интегрированной в здания фотопанелей), где важны вопросы эстетики. Еще одно применение – интернет вещей и умные дома, где они могут питать электронику и делать стандартную зарядку ненужной.
«Мы продолжаем изучать эту технологию, несмотря на то, что другие солнечные элементы более эффективны на открытом воздухе. Поскольку верим, что у органических элементов есть будущее, и кроме того, их химия невероятно интересна», — говорит выпускник кафедры химии NTNU, доктор наук Аудун Формо Буэне.
Органический фотоэлемент имеет вид сэндвича и расположен между двумя стеклянными пластинами, которые проводят электричество: тонкий слой из пористых частиц оксида титана обеспечивает большую поверхность с разными красителями, которые испускают электрон при попадании света, а цепь замыкается раствором электролита. При этом улавливать свет могут не только сенсибилизированные красители, но и полимеры или органические галогенидные перовскиты.
Большинство текущих исследований как раз могут привести к значительным продвижениям на пути к другой потенциальной революции в солнечной индустрии – перовскиту. Этот минерал имеет очень специфическую кристаллическую структуру и часто используется для создания сверхпроводников.
Замена молекул красителя перовскитом позволяет создавать высокоэффективные устройства, хотя их стабильность остается проблемой. Но это временно: недавние тесты показали, что показатели долговечности перовскитовых уже могут соперничать с кремниевыми солнечными элементами.
«После успеха перовскитовых технологий конкуренция между научными сообществами усилилась. Все хотят быть первыми, кто создаст стабильные и эффективные солнечные элементы на основе перовскита. Но NTNU не оставляет фотоэлементы на основе красителей. Огромный интерес к перовскиту побуждает к открытости и большему сотрудничеству между исследовательскими группами, работающими с другими типами органических солнечных элементов», — говорит Буэне.
Работа Буэна и его коллег в основном сосредоточена на повышении производительности. Молекулы красителя должны быть адаптированы к световому спектру, но они также должны оставаться стабильными в течение нескольких лет внутри солнечного элемента. Ученым предстоит сделать еще много работы, прежде чем их органические фотоэлементы станут эффективными и достаточно дешевыми, чтобы превратиться в готовый продукт. Однако несколько компаний уже сегодня работают над коммерциализацией этой технологии, и, возможно однажды, разместить солнечные панели можно будет прямо у себя в гостиной.