Разработка и синтез новых сопряженных полимеров для эффективных и стабильных органических солнечных батарей

Необходимость перехода к использованию возобновляемой энергии обсуждается в последнее десятилетие на всех международных площадках и является приоритетной задачей во многих развитых странах. Решающую роль в переходе к потреблению альтернативных видов энергии играют технологии, позволяющие эффективно и безопасно трансформировать энергию ветра, приливов и волн, а также солнечного света. Среди перспективных типов фотоэлектрических преобразователей, позволяющих преобразовывать солнечную энергию в электрическую, являются органические солнечные батареи (ОСБ). В качестве основного компонента фотоактивного слоя ОСБ в большинстве случаев используются сопряженные полимеры. На сегодняшний день полимерные солнечные батареи демонстрируют эффективности преобразования света более 17%. Срок эксплуатации отдельных устройств приближается к 15 годам, что является конкурентными показателями для их беспрепятственной коммерциализации. Однако эти характеристики достигнуты для единичных лабораторных устройств с активной площадью в несколько квадратных миллиметров! Масштабирование ОСБ до размеров 10-100 см2 сопровождается резким падением электрических характеристик устройств, что не позволяет рассчитывать на их практическое применение. В основном, потери носят «морфологический» характер и связаны с неоптимальным строением используемых материалов.Целью данного Проекта является дизайн и разработка новых сопряженных полимеров, которые будут демонстрировать оптимальные физико-химические, электрофизические и оптоэлектронные свойства, позволяющие достигнуть баланса между высокими эффективностями преобразования света и долговременной стабильностью солнечных батарей. Особое внимание будет уделено достижению заявленных характеристик для устройств большой площади. В ходе Проекта будут получены следующие основные результаты:1.Будет получена серия новых перспективных сопряженных полимеров на основе тиофеновых, бензотиадиазольных и бензоксадиазольных фрагментов в сочетании с карбазольными, флуореновыми, фениленовыми и нафталиновыми блоками. Чередование таких структурных блоков позволит получить полимеры с оптимальными физико-химическими, оптическими и электронными свойствами.2.Будут проведены исследования фотовольтаических характеристик устройств на основе полученных материалов. В соответствии с имеющимися теоретическими моделями, эффективности оптимизированных устройств на основе новых полимеров должны достигать 10-12% в однопереходных и >15% в двухпереходных солнечных батареях. Будут изготовлены фотовольтаические модули больших площадей (до 20 см2) с к.п.д. не менее 6%.3.Будет изучена стабильность полученных материалов и фотовольтаических устройств на их основе. Ожидается, что по своим эксплуатационным характеристикам эти материалы будут сопоставимы с характеристиками полимера PCDTBT (до 20 лет работы в ОСБ), т.к. в их состав будут входить похожие структурные блоки. В итоге будут разработаны новые сопряженные полимеры, представляющие собой качественные полупроводниковые материалы, и изготовлены стабильные, эффективные органические солнечные батареи больших площадей. Учитывая большой опыт коллектива исследователей в области органической фотовольтаики, материаловедения и органического синтеза, не возникает сомнений в успешной реализации всех этапов проекта.