Инженеры из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Национальной лаборатории возобновляемой энергии (США) создали тандемный полимерный солнечный элемент с рекордной эффективностью преобразования.

Тандемные структуры формируются путём объединения двух солнечных элементов с разными полосами поглощения. Сложные полимерные устройства такого типа по своим характеристикам обычно уступали «стандартным» однослойным элементам, поскольку учёные не могли найти подходящий полимер с малой шириной запрещённой зоны. Последняя представляет собой энергетический зазор между дном зоны проводимости и потолком валентной зоны, в котором отсутствуют разрешённые состояния для электронов, и определяет границы той области солнечного спектра, где материал поглощает.

Структура PBDTT-DPP (иллюстрация из журнала Nature Photonics).

В своих опытах авторы использовали полимер PBDTT-DPP, химическая структура которого показана на рисунке выше, с небольшой запрещённой зоной шириной в ~1,44 эВ. Однослойный солнечный элемент на основе PBDTT-DPP показал эффективность преобразования в ~6%, а тандемный, построенный с использованием ещё одного полимера с более широкой энергетической щелью, — 8,62%. Это значение, продемонстрированное в прошлом году, стало рекордным.

Не останавливаясь на достигнутом, учёные продолжили экспериментировать, изготовив аналогичный тандемный элемент, в структуру которого вошёл новый ИК-поглощающий полимер, предоставленный японской компанией Sumitomo Chemical. При тестировании устройство обновило рекорд, показав 10,6-процентную эффективность преобразования энергии.

В ближайшие годы американцы надеются преодолеть барьер 15-процентной эффективности.

Общая схема тандемного полимерного солнечного элемента.