Контроль над размером и «смешением» донорных и акцепторных доменов позволяет значительно улучшить эффективность полимерных солнечных батарей, утверждают учёные из Университета Северной Каролины (США), 

исследование которых даёт также возможность больше узнать о внутренних механизмах работы таких фотогальванических ячеек.

Взгляд на интерфейс между двумя доменами в полимерной солнечной батарее. Красные кружочки — фуллерены, находящиеся в смеси с нарисованным синим цветом полимером. (Иллюстрация Wiley & Sons.)

Полимерные фотогальванические ячейки состоят их двух типов доменов, называемых обычно донорными и акцепторными слоями. Экситоны, энергетические частицы, образующиеся внутри такой батареи, должны иметь возможность максимально быстро достигать интерфейса между донорным и акцепторным доменами, прежде чем будут безвозвратно потеряны в недрах породившего их слоя. В целом создатели таких батарей небезосновательно полагают, что необходимым условием свободы движения экситонов (а значит, и высокой эффективности полимерной фотогальванической ячейки) является максимальная чистота (отсутствие любых примесей, в том числе примесей другого типа домена) обоих типов составляющих её слоёв.

А теперь учёные показали, что некоторое контролируемое смешение этих двух доменов не вредит общей эффективности. Согласно результатам их работы, отчёт о которой опубликован в журнале Advanced Materials, в случае если размер доменов мал, солнечная батарея способна оставаться весьма производительной.

Внимательно приглядевшись к процессу производства полимерных фотогальванических батарей, исследователи осознали, что относительная скорость испарения растворителей и присутствующие в них специальные добавки определяют пути формирования активного слоя и влияют на степень смешения донорных и акцепторных доменов. В идеале растворитель должен испаряться медленно, с тем чтобы материалы успевали разделиться: в противном случае всё перемешается и эффективность прибора будет потеряна.

В своей работе учёные с успехом использовали специальные добавки, понижающие скорость испарения основных растворителей, в качестве которых чаще всего выступают хлорбензол и дихлорбензол. При добавлении к основным растворителям лишь нескольких объёмных процентов 1,8-дийодоктана наблюдалось значительное улучшение общей морфологии полимеров. В результате образовывались совсем небольшие по размеру домены с минимальной степенью смешения. Помимо 1,8-дийодоктана, в качестве контролирующих скорость испарения добавок могут использоваться такие вещества, как 1,8-октандитиол, N-метил-2-пирролидон, 1-хлоронафталин и некоторые другие.

Полученная в результате контролируемого испарения растворителей фотогальваническая ячейка демонстрировала высокую эффективность (> 8%), несмотря на некоторую степень смешения доменов. Это наблюдение позволило авторам предположить, что незначительное смешение вообще не является проблемой, коль скоро размер активных доменов мал.