Слънчевите клетки от изцяло полимерна смес се образуват чрез комбиниране на два полимерни разтвора, които се втвърдяват във филм върху електрод под формата на взаимопроникващи мрежи, един вид „фазово разделяне“. Доказано е, че добавянето на добавки към разтворителя към полимерния разтвор повишава ефективността на слънчевите клетки от изцяло полимерна смес. Въпреки това, точният процес в основата на това подобрение не е напълно разбран. Сега, в проучване, публикувано наскоро в ACS Applied Polymer Materials, изследователи от Института за наука и технологии в Нара са изследвали механизма за подобряване на производителността, използвайки фотопроводима атомно-силова микроскопия (PC-AFM). Очаква се техните открития да помогнат за ускоряване на широкото приложение на слънчеви клетки на полимерна основа.
„Емпиричният характер на повишаването на ефективността, медиирано от добавките на разтворители, възпрепятства оптимизирането на производителността на слънчевите клетки от изцяло полимерна смес, така че има спешна нужда от по-добро разбиране на процеса“, обяснява старши автор Хироаки Бентен. „За тази цел използвахме PC-AFM, за да разпитаме наноархитектурата, която е в основата на подобряването на производителността.“
PC-AFM е усъвършенствана микроскопска техника, която позволява визуализиране на фототокове с нанометрова разделителна способност. Изследователите откриха, че добавките за следи от разтворители подобряват преобразуването на мощността и плътността на фототока на слънчева клетка от изцяло полимерна смес с коефициент до ~3 чрез подобряване на подреждането и кристализацията на полимерната микроструктура в слънчевата клетка, без да увреждат разделителните фази структура.
Измерванията на абсорбционната спектроскопия допълнително потвърдиха, че следите от добавки подобряват подреждането в полимерните микроструктури. Чрез образуване на мрежа, която ефективно транспортира фотогенерираните заряди към външния електрод, потокът от фототок се увеличава.
„Открихме, че локалните фототокове са подобрени, донякъде като формирането на нова магистрала на зарядния ток, докато мащабът на разделяне на фазите, който е от решаващо значение за функционалността на устройството, е запазен“, казва съавторът Масаказу Накамура. „Вярваме, че това прозрение ще бъде широко приложимо за слънчеви клетки от изцяло полимерна смес, а не само за тези, базирани на нашия избор на полимери.“
Очаква се резултатите от проучването да бъдат важни за оптимизиране на работата на слънчевите клетки от изцяло полимерна смес. Като използват констатациите за минимизиране на лабораторните проби и грешки, се надяваме, че изследователите могат да ускорят текущите усилия за навлизане на пазара, като ни приближат една крачка по-близо до високоефективните слънчеви клетки, които са екологично устойчиви и лесни за производство на голям мащаб.
