Самоорганизующиеся материалы в будущем станут основой органических солнечных батарей
 Путь от создания молекулы к органическим фотоэлементам (http://spie.org/) (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Прогноз правительства США, сделанный в 2008 году, – это повышение потребления энергии к 2030 году до 700 квадрильонов так называемых Британских Тепловых Единиц (БТЕ). Это почти в 2 раза больше, чем в 2005, когда по примерным оценкам человечеству потребовалось около 462 квадрильонов БТЕ. В привычных нам Джоулях, принятых в метрической системе единиц, эта цифра кажется еще солиднее (существует несколько определений Британской Тепловой Единицы, используемой в основном в США; в переводе в метрическую систему она равняется примерно 1 Килоджоулю). Таким образом, вне зависимости от политических пристрастий перед мировым сообществом и каждой страной в отдельности стоит проблема поиска менее токсичных и более выгодных источников энергии.
Солнечная энергия является, возможно, самой чистой из вариантов, доступных нам на сегодняшний день. Ее запасы по сравнению с той же нефтью и каменным углем, неисчерпаемы. Отчасти поэтому на исследования в области трансформации солнечной энергии в электричество тратятся огромные средства по всему миру.
Трансформация солнечной энергии в электричество на данный момент – прерогатива фотоэлементов на основе кремния. Однако, стоимость производства и маленькое КПД таких ячеек, делает солнечный свет далеко не самым популярным источником энергии.
Проблему могут решить гибкие, легкие и менее дорогие в производстве органические фотоэлементы. Для снижения общих затрат они могут изготовляться при помощи технологии так называемой «полимерной печати». Оборотная сторона медали в этом случае – все еще слишком низкое КПД таких ячеек – менее 5%. Главным образом это связано с тем, что созданные светом положительные и отрицательные заряды рекомбинируют, так и не достигнув электродов. Использование нанотехнологий может поправить положение. Если должным образом совместить p- и n- материалы (материалы, с преобладающей «дырочной» и электронной проводимостью, соответственно), можно минимизировать процессы рекомбинации и повысить подвижность зарядов, что поможет «в целости и сохранности» доставить их к электродам.
Основываясь на этих соображениях, группа ученых из Испании (Institute for Advanced Studies (IMDEA) Nanoscience) сосредоточила свое внимание на исследовании молекулярных структур, производных тетратиафульвалена и фуллерена, с целью создать более эффективную полимерную фотоячейку.
Тетратиафульвален (tetrathiafulvalene, TTF) – органические молекулы, имеющие химическую формулу (H2C2S2C)2. Свойства различных соединений, содержащих тетратиафульвален, сейчас активно изучаются в связи с развитием отдельного направления - органической электроники. В общей сложности этой молекуле посвящено уже более 10 тыс. научных публикаций. Фуллерен – одна из кристаллических модификаций углерода, не менее активно изучаемая в связи с развитием нанотехнологий. Созданные учеными производные молекул TTF, как и их прототип (сам TTF) являются донорами электронов и, в то же время, показывают более полное поглощение света, а также большую площадь поверхности (за счет ее неровностей).
Но даже не свойства пары фуллерен-TTF является наиболее весомым результатом эксперимента. Благодаря подбору внешних условий, ученые смогли добиться самоорганизации этой структуры из созданных ими линейных полимеров.
В дальнейшем группа планирует сосредоточить свое внимание на улучшении поглощения света, особенно в видимом диапазоне. Параллельно ведутся работы по промышленному созданию солнечных батарей на основе молекулярных структур фуллерен-TTF.
Также по теме:
Источники: