Vzhľadom na nedávne zlepšenia v účinnosti, s akou dokážu solárne články vyrobené z organických (uhlíkových) polovodičov premieňať slnečné svetlo na elektrinu, sa zlepšenie dlhodobej stability týchto fotovoltaických zariadení stáva čoraz dôležitejšou témou. Reálne aplikácie technológie vyžadujú, aby sa účinnosť fotovoltaického zariadenia udržala mnoho rokov.

Na vyriešenie tohto kľúčového problému výskumníci študovali degradačné mechanizmy pre dve zložky používané vo vrstve organických solárnych článkov absorbujúcich svetlo: materiály „donora elektrónov“ a „akceptor elektrónov“. Tieto dve zložky sú potrebné na rozdelenie viazaného páru elektrón-diera vytvoreného po absorpcii fotónu na voľné elektróny a diery, ktoré tvoria elektrický prúd.

V tejto novej štúdii publikovanej v Joule, má medzinárodný tím výskumníkov pod vedením Cavendish Laboratory, University of Cambridge, sa prvýkrát uvažovalo o degradačných dráhach materiálov donorov elektrónov aj akceptorov elektrónov.

Podrobné skúmanie materiálu darcu elektrónov odlišuje súčasnú výskumnú prácu od predchádzajúcich štúdií a poskytuje dôležité nové poznatky pre túto oblasť. Konkrétne identifikácia ultrarýchleho deaktivačného procesu jedinečného pre materiál donoru elektrónov nebola predtým pozorovaná a poskytuje nový uhol na zváženie degradácie materiálu v organických solárnych článkoch.

Aby pochopili, ako tieto materiály degradovali, výskumníci z Cavendish pracovali ako súčasť medzinárodného tímu s vedcami vo Veľkej Británii, Belgicku a Taliansku. Spoločne skombinovali štúdie stability fotovoltaických zariadení, pri ktorých je funkčný solárny článok vystavený intenzívnemu svetlu, ktoré sa približuje slnečnému žiareniu, s ultrarýchlou laserovou spektroskopiou vykonanou v Cambridge. Prostredníctvom tejto laserovej techniky boli schopní identifikovať nový mechanizmus degradácie v materiáli donoru elektrónov zahŕňajúci krútenie v polymérnom reťazci.

Výsledkom je, že keď skrútený polymér pohltí fotón, podstúpi extrémne rýchlu deaktivačnú dráhu vo femtosekundových časových intervaloch (milióntina miliardtina sekundy). Tento nežiaduci proces je dostatočne rýchly na to, aby prekonal generovanie voľných elektrónov a dier z fotónu, ktoré vedci dokázali korelovať so zníženou účinnosťou organického solárneho článku po tom, čo bol vystavený simulovanému slnečnému žiareniu.

„Bolo zaujímavé zistiť, že niečo také zdanlivo nepatrné ako skrútenie polymérového reťazca môže mať taký veľký vplyv na účinnosť solárnych článkov,“ povedal Dr. Alex Gillett, hlavný autor článku. „V budúcnosti plánujeme stavať na našich zisteniach spoluprácou s chemickými skupinami pri navrhovaní nových materiálov s elektrónovým donorom s pevnejšími polymérnymi chrbticami. Dúfame, že sa tým zníži sklon polyméru krútiť sa a tým sa zlepší stabilita zariadenia s organickým solárnym článkom.“

Vďaka svojim jedinečným vlastnostiam môžu byť organické solárne články použité v širokej škále aplikácií, pre ktoré nie sú vhodné tradičné kremíkové fotovoltaické články. To by mohlo zahŕňať okná na výrobu elektriny pre skleníky, ktoré prepúšťajú farby svetla potrebné na fotosyntézu, alebo dokonca fotovoltaiku, ktorá by sa dala zrolovať pre ľahkú prepravu a mobilnú výrobu elektriny. Identifikáciou degradačného mechanizmu, ktorý je potrebné vyriešiť, teda súčasný výskum priamo približuje ďalšiu generáciu fotovoltaických materiálov a aplikácií k realite.

Zdroj: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=62839.php