Надежные органические солнечные элементы из древесных материалов

Необработанный вариант одного одного из самых распространенных в природе органических материалов – лигнина – можно использовать для создания стабильных и экологически чистых органических солнечных элементов. Это показали шведские учёные из Университета Линчёпинга и Королевского технологического института (KTH) в исследовании, опубликованном в Advanced Materials.

В настоящее время одним из основных источников устойчивой энергии является солнечный свет. Традиционные солнечные элементы из кремния эффективны, но имеют энергоемкий и сложный производственный процесс, который также может привести к выбросу экологически опасных химических веществ. Органические солнечные элементы стали горячей областью исследований благодаря их низкой стоимости производства, легкому весу и гибкости, что открывает множество областей использования.

Помимо прочего, их можно использовать в помещении или на одежде для питания персональной электроники. Но проблема заключается в том, что органические солнечные элементы сделаны из пластика или полимеров, получаемых из нефти. Поэтому, хотя они и органические, они не настолько экологичны, насколько могли бы быть.

Исследователи из Университета Линчёпинга и KTH разработали органический солнечный элемент, часть которого состоит из так называемого крафт-лигнина. Крафт-лигнин получается непосредственно из древесной массы и может использоваться для создания стабильных солнечных батарей благодаря своей способности создавать множество водородных связей, которые становятся подобны клею.

Хотя на данный момент лишь небольшая часть солнечного элемента состоит из лигнина, долгосрочная цель состоит в том, чтобы построить солнечный элемент почти полностью из древесного материала. «С помощью этого исследования мы можем показать, что это возможно и что это первый шаг к замене материалов, которые в настоящее время основаны на нефти, альтернативами на основе древесины», — говорит Матс Фалман, профессор Лаборатории органической электроники LOE в Университете Линчёпинга.

В предыдущих экспериментах материалы на основе древесины использовались для повышения надежности или стабильности как органических солнечных элементов, так и солнечных элементов из перовскита. В то время использовался лигнин, тщательно обработанный различными химикатами. Теперь исследователи из Линчепинга использовали гораздо более грубую версию лигнина, называемую крафт-лигнином, который является отходом производства бумаги. Совместно с КТХ было проанализировано, какой молекулярный состав лигнина лучше всего подходит для этой цели.

Органические солнечные элементы уже сегодня применяются в основном для использования внутри помещений. Они также могут заменить батареи в датчиках и аналогичных устройствах с низким энергопотреблением. По словам Матса Фальмана, это первый шаг на рынок органических солнечных элементов. Затем эту технологию можно будет масштабировать для более крупных приложений, таких как производство экологически чистой энергии. А их производство из древесных материалов сделало бы весь солнечный элемент еще более экологически чистым.

Органические солнечные элементы никогда не будут лучшими с точки зрения эффективности. Но их преимущество в том, что они нетоксичны, долговечны и дешевы. Учёные утверждают, что эти элементы могут иметь эффективность 15–20 процентов, а этого более чем достаточно для большинства применений.

Исследование в основном финансировалось Фондом Кнута и Алисы Валленберг через Научный центр Валленберга по дереву. Другими спонсорами были Шведское энергетическое агентство, Шведский исследовательский совет, Фонд интернационализации высшего образования и исследований - Stint и стратегическое направление исследований передовых функциональных материалов - AFM - в Университете Линчёпинга.

Источник