Фуллерены помогли улучшить органические фотоэлектрические системы

Исследователи из США и Китая разработали новый межслоевой материал, повышающий стабильность и эффективность работы электродов органических фотоэлектрических панелей. Ионеновый полимер (полиэлектролит) с фуллереновой структурой повышает КПД системы.

Органические фотоэлектрические системы (ОФС) стали довольно эффективными. Но поиск оптимального сочетания материалов для мощных и экономически конкурентоспособных установок остается сложной задачей. Команда специалистов из США и Китая создала новый материал, повышающий стабильность системы, сообщает phys.org. Результаты исследования опубликованы в Angewandte Chemie.

В отличие от кремниевых, ОФС производят из доступных, легких и простых в обработке материалов. Органические молекулы, участвующие в генерировании энергии, могут быть гибкими и иметь настраиваемые свойства. Но для обеспечения долговечности материалов нужно тщательно продумывать их положение и архитектуру.

Так, серебро и золото формируют стабильные на воздухе, обрабатываемые катоды. Но они снижают потенциал устройства. Чтобы решить эту проблему, Яо Луи из Пекинского университета химических технологий и Тодд Эмрик из Массачусетского университета Амхерста, вместе со своими исследовательскими группами, разработали новый полимерный материал, служащий промежуточной структурой между электродом и активным слоем. Продукт должен проводить электричество и снижать работу выхода катода, обеспечивая межфазный диполь.

 «Полиэлектролиты – поликатионы, в которых заряженные составляющие располагаются в полимерном каркасе, а не в виде боковых подвешенных групп, — объяснили авторы. – В результаты заряд распределяется лучше, чем в обычных катионных структурах. Повышается и настраиваемость. Ионеновые полимеры предоставляют полезный межфазный диполь, но сами по себе не обеспечивают требуемой проводимости».

Для решения проблемы специалисты включили в полимерный слой фуллерены. Сферы («бакиболы»), полностью состоят из углерода. Они уже используются как акцепторные молекулы в ОФС. Ученые изготовили фуллерен-ионеновый межслойный материал, использовав новые функциональные мономеры в стандартной технике ступенчатой полимеризации. В результате эффективность преобразования энергии установки, в среднем, увеличивалась в 3 раза. КПД более 10% указывает на дальнейшую целесообразность применения модульных устройств.

Проект демонстрирует, что относительно простая модификация состава материалов позволяет повысить эффективность органической электроники и преодолеть проблемы, связанные с сочетанием твердых (электроды) и мягких (активные слои) структур.