2015: Незамеченное преимущество органических солнечных фотоэлементов

2015-organic-solar-cells.jpg

Физики МГУ (Труханов В.А, Бруевич В.В., Паращук Д.Ю., кафедра общей физики и волновых процессов физического факультета и Международный лазерный центр МГУ им. М.В. Ломоносова) обнаружили, что один из ключевых фотоэлектрических параметров органических фотоэлементов может превышать теоретический предел Шокли-Квайссера.

Органические солнечные фотоэлементы выступают перспективной альтернативой кремниевым и другим неорганическим солнечным фотоэлементам благодаря простоте производства, низкой стоимости, малому весу и механической гибкости. Однако КПД лучших органических солнечных фотоэлементов на сегодняшний день существенно ниже неорганических аналогов. Полагают, что предельный КПД органических фотоэлементов всегда ниже такового для однокаскадных неорганических фотоэлементов согласно т.н. пределу Шокли-Квайссера (1961 г.). КПД фотоэлемента определяют из его вольтамперной характеристики (ВАХ) при освещении, он пропорционален площади прямоугольника, вписанного в четвёртый квадрант ВАХ. КПД сильно зависит от крутизны ВАХ, характеризуемой ее фактором заполнения (Fill Factor, FF). Шокли и Квайссер также установили теоретический предел FF для неорганических солнечных фотоэлементов.

Используя разработанную ранее численную модель органического солнечного фотоэлемента, учитывающую особенности фотогенерации, транспорта и рекомбинации носителей заряда в органических полупроводниковых материалах [V.A. Trukhanov, et al. Phys.Rev.B 84, 205318 (2011)], группа физиков из МГУ показала, что FF для органических солнечных фотоэлементов может превышать предел Шокли-Квайссера (правый рис.). Данный факт открывает незамеченное ранее преимущество органических солнечных фотоэлементов над неорганическими и направляет поиски путей улучшения их характеристик

Результаты работы опубликованы в статье: V.A. Trukhanov, V.V. Bruevich, D.Yu. Paraschuk “Fill factor of organic solar cells can exceed the Shockley-Queisser limit,” Scientific Reports 5, 11478 (2015).