Naukowcy z Uniwersytetu Stanowego w Północnej Karolinie oraz Chińskiej Akademii Nauk odkryli prosty sposób zmiany struktury cząsteczkowej polimeru, który dotychczas był często wykorzystywany do produkcji ogniw słonecznych.  Dzięki udoskonaleniu struktury cząsteczkowej polimeru wydajność ogniw słonecznych może zwiększyć się o ponad 30%.

Ogniwa słoneczne produkowane na bazie polimerów posiadają dwie domeny składające się z akceptora elektronu i materiału będącego donorem elektronu. W wyniku absorbcji przez ogniowa słoneczne fotonu dochodzi do wytworzenia cząstki energetycznej - ekscytronu. Wzbudzenie spowodowane absorbcją fotonu powoduje wybicia elektronu z  najwyższego obsadzonego orbitalu molekularnego HOMO (ang. Highest Occupied Molecular Orbital) do najniższego nieobsadzonym orbitalu molekularnego LUMO (ang. Lowest Unoccupied Molecular Orbital). Zwiększenie efektywności ogniwa słonecznego można uzyskać m.in dzięki zmniejszeniu różnic między poziomami HOMO i LUMO tak, aby proces przejścia ekscytonu związany był z jak najmniejszą stratą energii. Jednym z najbardziej powszechnych sposobów realizacji tego celu jest dodanie atomu fluoru do struktury molekularnej polimeru. Jest to stosunkowo trudny i wieloetapowy proces, który znacząco podnosi cenę materiału.

Zespół chemików prowadzonych przez Jianhui Hou z Chińskiej Akademii Nauk stworzył polimer o nazwie PBT-OP, składający się z dwóch  powszechnie  dostępnych na rynku monomerów oraz jednego monomeru łatwego do zyntezowania. PBT-OP charakteryzuje się nie tylko prostszym sposobem wytwarzania w porównaniu z innymi polimerami,  ale też niższym poziomem energetycznym HOMO w porównaniu z innymi materiałów o tym samej strukturze molekularnej. Pozwala to zwiększyć wydajność ogniw słonecznych stosujących PBT-OP. W badaniach PBT-OP wykazał napięcie w obwodzie otwartym (napięcia dostępne z ogniw słonecznych) o wartości 0,78 V, co stanowi o 36-procentowy wzrost w stosunku do średniej ~ 0,6 V z podobnych polimerów.

Opracowanie: Justyna Gomułka, Aneta Świercz na podstawie:
http://www.sciencedaily.com/releases/2014/01/140103204504.htm

Źródło: cenerg.ien.com.pl