Органические фотоэлектрические элементы давно рассматриваются как перспективная альтернатива классическим солнечным панелям. Они требуют меньше энергии при производстве, могут быть дешевле в изготовлении и открывают возможности для создания гибких и легких источников энергии. Однако по мере роста эффективности разработчики столкнулись с проблемой, которая годами ограничивала дальнейший прогресс.
Исследователи из Швеции, Германии и Института Пауля Друде в Берлине выяснили, что причиной этого ограничения является малоизученный механизм формирования свободных электрических зарядов внутри органического полупроводника. Оказалось, что при высоких показателях эффективности процесс сильно зависит от внутреннего электрического поля материала, что создает компромисс между напряжением и коэффициентом заполнения солнечного элемента.
С помощью компьютерного моделирования ученые установили, что ключевую роль играют время жизни экситонов — связанных пар электронов и дырок — а также энергия, выделяемая при переносе заряда. Увеличение времени существования этих состояний позволяет значительно снизить потери и повысить общую эффективность устройства.
Для проверки своей гипотезы команда разработала новые комбинации органических материалов и создала на их основе экспериментальные солнечные элементы. Полученные образцы продемонстрировали одновременно высокий коэффициент заполнения и высокую выходную мощность, подтвердив правильность предложенного подхода.
По словам авторов работы, результаты исследования формируют новые принципы проектирования органических солнечных батарей и могут стать важным шагом на пути к созданию более эффективных и коммерчески привлекательных фотоэлектрических технологий следующего поколения.
