Аморфные солнечные элементы с технологией FIDO более эффективны, стабильны и легки. Фото: Ютака Мацуо.
Японская исследовательская группа создала новый материал под названием фуллерен инданоны (ФИДО), который обеспечивает повышенную долговечность и эффективность для солнечных элементов следующего поколения, а его потенциальное применение распространяется на органические фотодиоды и фотодетекторы.
Группа под руководством исследователей из Нагойский университет в Японии создали материал на основе фуллерен-инданонов (FIDO), который обещает повысить долговечность солнечных элементов следующего поколения. Долговечность была одним из самых больших препятствий на пути их практического применения и коммерциализации. Исследователи опубликовали свои выводы в журнале Журнал Американского химического общества.
Перовскитные солнечные элементы: будущее солнечной энергетики
Следующее поколение солнечных элементов, вероятно, будет использовать элементы на основе перовскита. Эти кристаллические элементы очень эффективны и способны генерировать электроэнергию даже в помещении в условиях слабой освещенности. Они также легче и гибче, чем обычные кремниевые солнечные элементы. В результате они больше подходят для установки на вертикальных поверхностях, таких как окна и стены.
Роль фуллерена в солнечных инновациях
Многие уникальные свойства этих солнечных элементов обусловлены фуллереном (C60). Его уникальная форма, напоминающая футбольный мяч, делает фуллерен мгновенно узнаваемым. Фуллерены основаны на углероде. полупроводники которые могут направлять электроны для создания энергии, что делает их необходимыми для органической электроники. Исследователи могут присоединять органические молекулы к фуллеренам, чтобы улучшить их электронную функцию, создавая тем самым производные с различными свойствами.
Представляем FIDO: стабильный и эффективный материал
Группа под руководством профессора Ютаки Мацуо из Института инноваций для общества будущего добавила инданон к фуллерену для создания FIDO. Инданон является полезным соединением в реакциях. Он имеет уникальную структуру конденсированных колец, которые создают прочные углеродные связи между фуллереном и бензольной частью инданона. Это создает конструкцию с превосходной стабильностью даже при нагревании.
Достижения в технологии аморфных материалов
Используя FIDO, Мацуо и его коллеги управляли пленкой, чтобы создать аморфный материал вместо более распространенного кристаллического материала, присутствующего в используемых в настоящее время кремниевых солнечных элементах. Аморфные материалы имеют более хаотичную структуру, чем тщательно организованные кристаллы. Эта случайность позволяет создавать аморфные пленки с особыми свойствами путем регулирования условий осаждения и настройки электрических характеристик пленки в соответствии с требованиями технологии солнечных батарей.
Когда они сравнили свою новую технологию со стандартной пленкой, они обнаружили, что их новая пленка имеет множество преимуществ. В отличие от обычной пленки она была более эффективной и стабильной, и эти свойства не ухудшались. Важно отметить, что снижения эффективности преобразования не произошло.
Широкие последствия для фотоэлектрических технологий
«Наша аморфная пленка не кристаллизуется при нагревании и демонстрирует превосходную морфологическую стабильность», — сказал Мацуо. «Проблема пленок в том, что при нагревании до 150°С степень кристаллизации увеличивается. Наша недавно разработанная пленка после осаждения представляет собой тонкую аморфную пленку и остается аморфной даже при нагревании».
Группа видит широкий спектр применений своей техники. «Ожидается, что эти производные фуллерена будут использоваться не только для перовскитных солнечных элементов, но и для элементов фотоэлектрического преобразования, таких как органические фотодиоды и органические фотодетекторы», — сказал Мацуо. «Органические фотодетекторы способствуют высокому разрешению датчиков изображения в камерах и будут использоваться для аутентификации по отпечаткам пальцев на дисплеях смартфонов, позволяя разблокировать любую часть экрана, к которой прикасается палец».
Ссылка: «Испаряющиеся фуллереновые инданоны с контролируемой аморфной морфологией в качестве слоев переноса электронов для инвертированных перовскитных солнечных элементов», авторы Цин-Джун Шуй, Шики Шань, Юн-Чан Чжай, Синобу Аояги, Сейитиро Идзава, Мифтахул Худа, Чу-Ян Ю, Лицзянь Цзо , Хунчжэн Чен, Хао-Шэн Линь и Ютака Мацуо, 8 декабря 2023 г., Журнал Американского химического общества.
DOI: 10.1021/jacs.3c07192