Пример полимерных панелей

Химики из Калифорнийского университета предложили схему организации полимерных солнечных батарей, которая повышает их эффективность. Система позволяет сохранять накопленный заряд не микросекунды, как у обычных полимерных батарей, а в течение нескольких дней. Вдохновлялись учёные, конечно же, примером природы.

Фотосинтез – удивительный, сложный и высокоэффективный (в случае использования хлорофилл) процесс, благодаря которому на планете существует всё живое. Растения в ходе эволюции научились многоступенчатой технологии получения электрической энергии из фотонов. При этом строение растений таково, что электрон отделяется от получившей положительный заряд молекулы и остаётся разделённым с ней. В результате заряд сохраняется.

Инженеры пытаются заменить высокоэффективные и дорогие кремниевые панели дешёвыми полимерными, но у тех есть один изъян – их строение часто приводит к тому, что только что полученный электрон вновь воссоединяется с донором, что уменьшает коэффициент фотоэлектрического преобразования панелей. Типичный коэффициент у полимерных панелей составляет порядка 5%, в то время как у кремниевых он достигает 25%, а у многослойных структур из различных материалов даже превышает 30%.

Раньше инженеры не знали, как придать полимерным панелям более эффективную структуру. Стандартные полимерные панели напоминают хорошо перемешанное месиво из длинных спагетти–полимерных молекул, и фрикаделек–фуллеренов. Полимеры выступают в роли доноров, передавая электроны акцепторам-фуллеренам, но те часто «перескакивают» обратно, не задерживаясь на акцепторах.


Макаронный монстр понимает, о чём идёт речь

Теперь же калифорнийские химики предложили нужный способ навести в структуре порядок. В изготовленных по их способу панелях аккуратные комочки полимерного спагетти содержат внутри себя несколько фрикаделек-фуллеренов, в то время как другие фуллерены окружают эти комочки снаружи. Электрон сначала попадает к внутренним фуллеренам, от которых переходит к наружным, где он может находиться связанным несколько дней и даже недель. А это сильно повышает эффективность панелей.

При этом для сборки таких панелей не требуются токсичные растворы – они могут собираться в обычной воде. А процесс сборки сильно упрощён – достаточно, по утверждению химиков, просто «бросить все подготовленные материалы в воду, и они соберутся в нужную структуру сами». Теперь химики работают над процессом изготовления реальных солнечных панелей на основе этой технологии.