Новости химической науки > Как скачут дырки по солнечной батарее?

Исследователи из Великобритании, Испании и Швейцарии сообщают, что разработанный ими метод для изучения реакций, протекающих с переносом электронов, позволит разработать более эффективные солнечные батареи.

Мониторинг особенностей зарядки фотоэлектрических устройств важен для повышения эффективности накопления заряда, особенно в солнечных батареях, сенсибилизированных красителем, [dye sensitised solar cells (DSSC)], которые превращают солнечный свет в электричество. Создание эффективных солнечных батарей является определяющим для осуществления все возрастающих энергетических запросов, особенно тогда, когда мир старается найти способы получения энергии, альтернативные сжиганию ископаемого топлива. Являясь простыми в изготовлении, DSSCs, обладают множеством привлекательных характеристик, они гибки и прозрачны, однако их эффективность до настоящего времени оставляет желать лучшего.

Способ оценивает энергетические затраты изменения конформации молекулы красителя. (Рисунок из Chem. Sci., 2014, DOI: 10.1039/c3sc52359d)

Исследовательская группа под руководством Пьера Барне (Piers Barnes) из Имперского колледжа Лондона впервые использовала метод, который измеряет коэффициент диффузии такого пока еще недостаточно изученного явления, скачок дырки, который реализуется между молекулами сенсибилизированного красителя, закрепленного на субстрате-подложке (в данном случае TiO₂).

Барне объясняет, что когда возбужденный электрон в активированной молекуле перемещается, то для оставшейся после него электронной вакансии (дырки) появляется возможность подскочить к другой молекуле красителя. В результате обеспечивается возможность для перемещения заряда по всей поверхности как по своего рода молекулярному проводу.

Барне полагает, что разработанный в его группе способ является чрезвычайно удобным для изучения скачков дырки, потому что циклическая вольтамперометрия позволяет измерить зависимость коэффициентов диффузии от температуры, а эта зависимость позволяет определить энергию, которая требуется для перестройки молекулы и переноса заряда между сенсибилизирующими молекулами, что, таким образом, может использоваться для разработки новых и модернизации уже известных красителей.

Ракель Карузо (Rachel Caruso), эксперт в области солнечной энергетики из Университета Мельбурна в Австралии, говорит, что способность к специфической перестройке структуры молекул с целью увеличения их эффективности в переносе заряда является чрезвычайно востребованной. Карузо добавляет, что такой подход смог бы оказать значительное влияние на последующие синтезы органических полупроводников в целом.

Барнес соглашается, что понимание этого интересного явления смогло бы найти более широкое применение в других устройствах, включая батареи и транзисторы. Теперь исследовательская группа для дальнейшего улучшения своего подхода проводит испытания ячеек с красителем, продемонстрировавшим самую высокую скорость скачка дырки.

Источник: Chem. Sci., 2014, DOI: 10.1039/c3sc52359d

метки статьи: #органическая химия, #физическая химия, #электрохимия, #элементоорганическая химия