«Мы синтезировали ряд соединений и выявили краситель-лидер. Затем модифицировали его, чтобы получить семейство красителей с заранее заданными свойствами. Из этого семейства один краситель продемонстрировал наилучшие свойства. Наибольшая эффективность преобразования солнечного света в электрический ток в 4,41% достигнута для элемента на основе красителя, содержащего тиено[3,2-b]индол в качестве электронодонорной части», — рассказывает соавтор разработки, руководитель лаборатории перспективных органических материалов Института органического синтеза УрО РАН Александр Степарук.Красители и солнечные элементы, с которыми работают ученые, имеют ряд преимуществ. Во-первых, красители синтезируют из органических веществ, из-за чего они менее токсичны по сравнению с аналогами, в основе которых металлы. Во-вторых, синтез материалов простой, дешевый и доступный. Он, как поясняют исследователи, позволяет варьировать заместители в структуре красителей и таким образом настраивать оптические, электрохимические и электронные свойства красителей. И в целом сенсибилизированные красителем солнечные элементы — это простые устройства, созданные из недорогих материалов и не требующие дорогостоящего оборудования и технологий. Так, стоимость производства сенсибилизированных солнечных элементов в два раза ниже кремниевых батарей (примерно 100 и 200 долларов за один кв. м).
Сенсибилизированные красителем солнечные элементы различных цветов. Фото: Александр Степарук
«Сегодня сенсибилизированные солнечные элементы представляют выгодную альтернативу лидеру рынка - более дорогим и сложным технологиям кремниевых солнечных батарей. <…> Кроме того, есть примеры интеграции данных батарей в фасады зданий, создания умных теплиц, ферм, гаражей и прочего. Однако на территории РФ в настоящее время ни производств, ни реальных примеров масштабного использования сенсибилизированных красителем солнечных элементов, к сожалению, нет», - констатировал доцент кафедры технологии органического синтеза УрФУ Геннадий Русинов.Ученые уверены, эффективность преобразования солнечного света сенсибилизированными солнечными элементами еще не достигла предела и в будущем может сравняться с кремниевыми солнечными батареями. «В настоящее время эффективность преобразования энергии в сенсибилизированных солнечных элементах составляет около 10 %, рекорд - 14-15 %, но с маленькой площади. Полагаю, в перспективе возможно достичь и уровня кремниевых батарей до 24-29 %», - рассказал соавтор разработки, руководитель лаборатории перспективных органических материалов Института органического синтеза УрО РАН Александр Степарук.