Гибридный солнечный элемент

Гибридные солнечные элементы сочетают в себе преимущества как органических , так и неорганических полупроводников . Гибридные фотогальваники содержат органические материалы, состоящие из сопряженных полимеров , которые поглощают свет в качестве донора и транспортных дырок . ^[1] Неорганические материалы в гибридных клетках используются в качестве акцептора и переносчика электронов в структуре. Гибридные фотоэлектрические устройства обладают потенциалом не только для недорогой обработки рулонов , но и для масштабируемого преобразования солнечной энергии .

Теория

Солнечные элементы — это устройства, которые преобразуют солнечный свет в электричество за счет фотоэлектрического эффекта . Электроны в солнечном элементе поглощают энергию фотонов солнечного света, которая переводит их в зону проводимости из валентной зоны . При этом образуется пара дырка-электрон , которая разделена потенциальным барьером (например, pn-переходом ) и индуцирует ток. Органические солнечные элементы используют органические материалы в своих активных слоях. Молекулярные, полимерные и гибридные органические фотоэлектрические устройства являются основными видами органических фотоэлектрических устройств, изучаемых в настоящее время.

Гибридный солнечный элемент

В гибридных солнечных элементах органический материал смешивается с материалом с высоким переносом электронов для формирования фотоактивного слоя. ^[2] Два материала собраны вместе в фотоактивный слой типа гетероперехода , который может иметь более высокую эффективность преобразования энергии , чем один материал. ^[3] Один из материалов действует как поглотитель фотонов и донор экситонов . Другой материал облегчает диссоциацию экситонов на переходе. Заряд переносится, а затем разделяется после того, как экситон, созданный в доноре, делокализуется на донорно-акцепторном комплексе. ^[4]^[5]

Материал акцептора требует подходящего энергетического компенсации энергии связи экситона с поглотителем. Перенос заряда является выгодным, если выполняется следующее условие: ^[6]

E_{A}^{A}-E_{A}^{D}>U_{D}

где верхние индексы A и D относятся к акцептору и донору соответственно, E _A — сродство к электрону, а U — кулоновская энергия связи экситона с донором. Энергетическая диаграмма интерфейса показана на рисунке 1. В широко используемых фотоэлектрических полимерах, таких как MEH-PPV, энергия связи экситона находится в диапазоне от 0,3 до 1,4 эВ. ^[7]

Энергия, необходимая для разделения экситона, обеспечивается за счет смещения энергии между НСМО или зонами проводимости донора и акцептора. ^[3] После диссоциации носители транспортируются к соответствующим электродам через перколяционную сеть.

Среднее расстояние, на которое экситон может диффундировать через материал до аннигиляции в результате рекомбинации, называется длиной диффузии экситона. Для полимеров это небольшой размер, порядка 5–10 нанометров. ^[6] Временной масштаб радиационного и безызлучательного распада составляет от 1 пикосекунды до 1 наносекунды. ^[8] Экситоны, генерируемые на этой длине вблизи акцептора, будут вносить вклад в фототок.

Чтобы решить проблему короткой диффузионной длины экситонов, вместо двухфазного бислоя используется объемная структура гетероперехода. Диспергирование частиц по полимерной матрице создает большую межфазную поверхность для переноса заряда. ^[3] На рис. 2 показана разница между бислоем и объемным гетеропереходом.

Типы интерфейсов и структур

Управление интерфейсом неорганически-органических гибридных солнечных элементов может повысить эффективность ячеек. Эта повышенная эффективность может быть достигнута за счет увеличения площади поверхности раздела между органическими и неорганическими веществами, чтобы облегчить разделение зарядов, а также за счет контроля наноразмерной длины и периодичности каждой структуры, чтобы заряды могли разделяться и двигаться к соответствующему электроду без рекомбинации. Тремя основными используемыми наноразмерными структурами являются мезопористые неорганические пленки, наполненные электронодонорными органическими веществами, чередующиеся неорганические и органические пластинчатые структуры и структуры нанопроволоки.

Мезопористые пленки

Мезопористые пленки использовались для создания относительно высокоэффективного гибридного солнечного элемента. ^[9] Структура мезопористых тонкопленочных солнечных элементов обычно включает пористую неорганику, насыщенную органическим ПАВ. Органическое вещество поглощает свет и передает электроны неорганическому полупроводнику (обычно прозрачному проводящему оксиду), который затем передает электрон электроду. Проблемы с этими ячейками включают их случайное расположение и сложность управления их наноструктурой для обеспечения проводимости заряда.

Заказывали ламеллярные пленки.

В последнее время использование чередующихся слоев органических и неорганических соединений контролируется посредством самосборки на основе электроосаждения. ^[10] Это представляет особый интерес, поскольку было показано, что ламеллярную структуру и периодичность чередующихся органо-неорганических слоев можно контролировать с помощью химии растворов. Чтобы создать этот тип клеток с практической эффективностью, между слоями электроноакцепторных неорганических веществ необходимо наносить более крупные органические поверхностно-активные вещества, которые поглощают большую часть видимого спектра.

Пленки упорядоченных наноструктур

Исследователям удалось вырастить солнечные элементы на основе наноструктур, в которых используются упорядоченные наноструктуры, такие как нанопровода или нанотрубки, с неорганическим окружением, с помощью электронодонорной органики, использующей процессы самоорганизации. Упорядоченные наноструктуры обладают преимуществом направленного переноса заряда и контролируемого разделения фаз между донорными и акцепторными материалами. ^[11] Морфология на основе нанопроволок обеспечивает уменьшение внутреннего отражения, легкую релаксацию деформации и повышенную устойчивость к дефектам. Возможность изготавливать монокристаллические нанопроволоки на недорогих подложках, таких как алюминиевая фольга, и ослаблять напряжение в последующих слоях устраняет еще два основных препятствия, связанных с затратами, связанных с высокоэффективными элементами. Произошел быстрый рост эффективности солнечных элементов на основе нанопроводов, и они кажутся одной из наиболее многообещающих наноразмерных солнечных гибридных технологий. ^[12]

Фундаментальные факторы проблемы

Для начала крупномасштабного производства необходимо повысить эффективность гибридных ячеек. На эффективность влияют три фактора. ^[2]^[13] Во-первых, ширина запрещенной зоны должна быть уменьшена, чтобы поглощать красные фотоны, которые содержат значительную часть энергии солнечного спектра. Современные органические фотоэлектрические системы продемонстрировали 70% квантовой эффективности синих фотонов. Во-вторых, контактное сопротивление между каждым слоем устройства должно быть сведено к минимуму, чтобы обеспечить более высокий коэффициент заполнения и эффективность преобразования энергии. В-третьих, необходимо увеличить подвижность носителей заряда, чтобы фотоэлектрические элементы имели более толстые активные слои, минимизируя при этом рекомбинацию носителей и сохраняя низкое последовательное сопротивление устройства.

Типы гибридных солнечных батарей

Композит полимер-наночастицы

Наночастицы — это класс полупроводниковых материалов, размер которых по крайней мере в одном измерении составляет от 1 до 100 нанометров, порядка длины волны экситонов. Этот контроль размера создает квантовое ограничение и позволяет настраивать оптоэлектронные свойства, такие как ширина запрещенной зоны и сродство к электрону. Наночастицы также имеют большое соотношение площади поверхности к объему, что обеспечивает большую площадь для переноса заряда. ^[14]

Фотоактивный слой можно создать путем смешивания наночастиц с полимерной матрицей. Солнечные устройства на основе композитов полимер-наночастицы больше всего напоминают полимерные солнечные элементы . В этом случае наночастицы заменяют акцепторы на основе фуллеренов, используемые в солнечных элементах из полностью органических полимеров. Гибридные солнечные элементы на основе наночастиц представляют собой область исследовательского интереса, поскольку наночастицы обладают рядом свойств, которые могут сделать их предпочтительнее фуллеренов, таких как:

Фуллерены синтезируются сочетанием высокотемпературного дугового метода и непрерывного газофазного синтеза, что делает их производство сложным и энергоемким. Коллоидный синтез наночастиц, напротив, представляет собой низкотемпературный процесс.
PCBM (обычный акцептор фуллеренов) диффундирует в течение длительного времени или под воздействием тепла, что может изменить морфологию и снизить эффективность полимерного солнечного элемента. Ограниченное тестирование солнечных элементов на основе наночастиц указывает на то, что они могут стать более стабильными с течением времени.
Наночастицы обладают большей поглощающей способностью, чем фуллерены, а это означает, что теоретически более тонкое устройство может поглотить больше света.
Размер наночастиц может влиять на поглощение. Это в сочетании с тем фактом, что существует множество возможных полупроводниковых наночастиц, позволяет легко настраивать ширину запрещенной зоны, которую можно легко настроить на определенные частоты, что было бы выгодно в тандемных солнечных элементах.
Наночастицы с размером, близким к радиусу Бора, могут генерировать два экситона при ударе достаточно энергичного фотона. ^[15]

Структура и обработка

У полимеров, используемых в этом устройстве, подвижность дырок превышает подвижность электронов, поэтому полимерная фаза используется для транспорта дырок. Наночастицы переносят электроны к электроду. ^[14]

Площадь границы раздела между полимерной фазой и наночастицами должна быть большой. Это достигается за счет диспергирования частиц по полимерной матрице. Однако наночастицы должны быть связаны между собой, чтобы сформировать перколяционные сети для транспорта электронов, который происходит путем прыжковых событий. ^[14]

На эффективность влияют соотношение сторон, геометрия и объемная доля наночастиц. Структуры наночастиц включают нанокристаллы, наностержни и сверхразветвленные структуры. ^[3] Рисунок 3 содержит изображение каждой структуры. Различные структуры изменяют эффективность преобразования, вызывая дисперсию наночастиц в полимере и обеспечивая пути для транспорта электронов.

Фаза наночастиц необходима, чтобы обеспечить путь электронам к электроду. Используя наностержни вместо нанокристаллов, можно избежать прыжков от одного кристалла к другому. ^[14]

Методы изготовления включают смешивание двух материалов в растворе и нанесение его на подложку центрифугированием, а также испарение растворителя (золь-гель). Большинство этих методов не предполагают высокотемпературную обработку. Отжиг увеличивает порядок в полимерной фазе, увеличивая проводимость. Однако слишком длительный отжиг приводит к увеличению размера домена полимера, в конечном итоге делая его больше, чем длина диффузии экситонов, и, возможно, позволяя некоторой части металла из контакта диффундировать в фотоактивный слой, снижая эффективность устройства. ^[3]^[14]

Материалы

Неорганические полупроводниковые наночастицы, используемые в гибридных ячейках, включают CdSe (размер 6–20 нм), ZnO, TiO и PbS. Обычные полимеры, используемые в качестве фотоматериалов, имеют обширное сопряжение, а также гидрофобны. На их эффективность как фотоматериала влияют положение уровня ВЗМО и потенциал ионизации, который напрямую влияет на напряжение холостого хода и стабильность на воздухе. Наиболее распространенными полимерами являются P3HT (поли (3-гексилтиофен)) и M3H-PPV (поли[2-метокси, 5-(2'-этилгексилокси)-п-фениленвинилен)]). P3HT имеет ширину запрещенной зоны 2,1 эВ, а M3H-PPV имеет ширину запрещенной зоны ~ 2,4 эВ. Эти значения соответствуют ширине запрещенной зоны CdSe 2,10 эВ. Сродство к электрону CdSe составляет от 4,4 до 4,7 эВ. Когда в качестве полимера используется MEH-PPV, который имеет сродство к электрону 3,0 эВ, разница между сродством к электрону достаточно велика, чтобы обеспечить перенос электронов от CdSe к полимеру. CdSe также имеет высокую подвижность электронов (600 см-1). ²·V ⁻¹·с ⁻¹). ^[3]^[6]

Значения производительности

Наивысшая продемонстрированная эффективность составляет 3,2% при использовании полимерного донора PCPDBTT и акцептора наночастиц CdSe. Устройство показало ток короткого замыкания 10,1 мА·см. ⁻², напряжение холостого хода 0,68 В и коэффициент заполнения 0,51. ^[16]

Проблемы

Гибридные солнечные элементы нуждаются в повышении эффективности и стабильности с течением времени, прежде чем коммерциализация станет осуществимой. По сравнению с 2,4% системы CdSe-PPV, кремниевые фотоустройства имеют эффективность преобразования энергии более 20%.

Проблемы включают контроль количества агрегации наночастиц при формировании фотослоя. Частицы необходимо диспергировать, чтобы максимизировать площадь интерфейса, но им необходимо агрегироваться, образуя сети для транспорта электронов. Формирование сети чувствительно к условиям изготовления. Тупиковые пути могут препятствовать потоку. Возможным решением является реализация упорядоченных гетеропереходов, структура которых хорошо контролируется. ^[14]

Структуры со временем могут претерпевать морфологические изменения, а именно расслоение фаз. В конце концов, размер домена полимера станет больше, чем длина диффузии носителей, что снизит производительность. ^[3]

Несмотря на то, что ширину запрещенной зоны наночастиц можно регулировать, ее необходимо согласовать с соответствующим полимером. Запрещённая зона CdSe 2,0 эВ больше идеальной ширины запрещенной зоны 1,4 для поглощения света. ^[14]

Используемые наночастицы обычно представляют собой коллоиды, которые стабилизируются в растворе лигандами. Лиганды снижают эффективность устройства, поскольку они служат изоляторами, которые препятствуют взаимодействию между донором и акцептором наночастиц, а также уменьшают подвижность электронов. Некоторый, но не полный успех был достигнут за счет замены исходных лигандов на пиридин или другой короткоцепочечный лиганд. ^[15]

Гибридные солнечные элементы обладают свойствами материала, уступающими свойствам объемных кремниевых полупроводников. Подвижности носителей гораздо меньше, чем у кремния. Подвижность электронов в кремнии 1000 см-1. ²·V ⁻¹·с ⁻¹, по сравнению с 600 см ²·V ⁻¹·с ⁻¹ в CdSe и менее 10 см ²·V ⁻¹·с ⁻¹ в других материалах с квантовыми точками. Подвижность отверстий в MEH-PPV составляет 0,1 см. ²·V ⁻¹·с ⁻¹, а у кремния - 450 см ²·V ⁻¹·с ⁻¹. ^[14]

Углеродные нанотрубки

Углеродные нанотрубки (УНТ) обладают высокой электронной проводимостью, высокой теплопроводностью, прочностью и гибкостью. Были продемонстрированы автоэмиссионные дисплеи (FED), тензодатчики и полевые транзисторы (FET) с использованием УНТ. ^[17]^[18]^[19] Каждое применение показывает потенциал УНТ для наноразмерных устройств и гибкой электроники. Для этого материала также изучались фотоэлектрические применения.

В основном УНТ использовались либо в качестве примеси фотоиндуцированной среды переноса носителей экситонов внутри фотоэлектрического слоя на основе полимера, либо в качестве фотоактивного слоя (фотонно-электронного преобразования). Металлические УНТ предпочтительнее для первого применения, а полупроводниковые УНТ — для второго.

Эффективная транспортная среда

Для повышения фотоэлектрической эффективности в фотоактивную область необходимо добавлять электроноакцепторные примеси. Путем включения УНТ в полимер диссоциация пары экситонов может быть осуществлена с помощью матрицы УНТ. Большая площадь поверхности (~1600 м ²/г) ^[20] УНТ дает хорошую возможность для диссоциации экситонов. Разделенные носители внутри матрицы полимер-УНТ транспортируются по путям перколяции соседних УНТ, обеспечивая высокую подвижность носителей и эффективный перенос заряда. Факторы производительности гибридных фотоэлектрических систем УНТ-полимер низки по сравнению с показателями неорганических фотоэлектрических систем. SWNT в полупроводниковом полимере P3OT продемонстрировали напряжение холостого хода (V _oc ) ниже 0,94 В, с током короткого замыкания (I _sc ) 0,12 мА/см. ². ^[20]

Наночастицы металлов могут быть нанесены на внешнюю поверхность УНТ для повышения эффективности разделения экситонов. Металл создает более сильное электрическое поле на границе раздела УНТ-полимер, ускоряя носители экситонов для более эффективной их передачи в матрицу УНТ. В этом случае V _oc = 0,3396 В и I _sc = 5,88 мА/см. ². Коэффициент заполнения составляет 0,3876%, а коэффициент преобразования белого света — 0,775%. ^[21]

Фотоактивный матричный слой

УНТ могут использоваться в качестве фотоэлектрического устройства не только в качестве дополнительного материала для увеличения транспорта носителей, но и в качестве самого фотоактивного слоя. ^[22] Полупроводниковые одностенные УНТ (ОУНТ) являются потенциально привлекательным материалом для фотоэлектрических применений благодаря своим уникальным структурным и электрическим свойствам. SWCNT имеет высокую электропроводность (в 100 раз больше, чем у меди) и демонстрирует баллистический транспорт носителей, что значительно уменьшает рекомбинацию носителей. ^[23] Ширина запрещенной зоны ОУНТ обратно пропорциональна диаметру трубки: ^[23] это означает, что SWCNT может иметь несколько прямых запрещенных зон, соответствующих солнечному спектру.

Сильное встроенное электрическое поле в ОСУНТ для эффективного разделения фотогенерированных электронно-дырочных пар было продемонстрировано с использованием двух асимметричных металлических электродов с высокой и низкой работой выхода . Напряжение холостого хода (В _oc ) составляет 0,28 В, при токе короткого замыкания (I _sc ) 1,12 нА·см. ⁻² с источником падающего света 8,8 Вт·см ⁻². Итоговый коэффициент преобразования белого света составляет 0,8%. ^[22]

Проблемы

Для использования УНТ в фотоэлектрических приложениях необходимо решить несколько проблем. УНТ со временем разлагается в богатой кислородом среде. Пассивирующий слой, необходимый для предотвращения окисления УНТ, может уменьшить оптическую прозрачность электродной области и снизить фотоэлектрическую эффективность.

Проблемы как эффективная транспортная среда

Дополнительные проблемы связаны с диспергированием УНТ внутри фотоактивного слоя полимера. УНТ должны быть хорошо диспергированы внутри полимерной матрицы для формирования эффективных путей переноса заряда между экситонами и электродом. ^[21]

Проблемы фотоактивного матричного слоя

Проблемы УНТ для фотоактивного слоя включают отсутствие у них способности образовывать pn-переход из -за сложности легирования определенных сегментов УНТ. (Pn-переход создает внутренний встроенный потенциал, обеспечивая путь для эффективного разделения носителей заряда внутри фотогальванического элемента.) Чтобы преодолеть эту трудность, изгиб энергетической зоны был выполнен за счет использования двух электродов с разными работами выхода. Для высокоэффективного разделения носителей формируется сильное встроенное электрическое поле, охватывающее весь канал ОСУНТ. Проблема окисления УНТ более критична для этого применения. Окисленные УНТ имеют тенденцию становиться более металлическими и поэтому менее пригодными в качестве фотоэлектрического материала. ^[24]

чувствительный к красителю

Сенсибилизированные красителем солнечные элементы состоят из фотосенсибилизированного анода, электролита и фотоэлектрохимической системы. Гибридные солнечные элементы на основе сенсибилизированных красителем солнечных элементов формируются из неорганических материалов ( TiO ₂ ) и органических материалов.

Материалы

Гибридные солнечные элементы на основе сенсибилизированных красителем солнечных элементов изготавливаются из поглощающих краситель неорганических и органических материалов. TiO ₂ является предпочтительным неорганическим материалом, поскольку этот материал легко синтезировать и действует как полупроводник n-типа благодаря донорным кислородным вакансиям. Однако диоксид титана поглощает лишь небольшую часть УФ-спектра. Молекулярные сенсибилизаторы (молекулы красителей), прикрепленные к поверхности полупроводника, используются для сбора большей части спектра. В случае солнечных элементов, сенсибилизированных красителем диоксида титана, фотон, поглощаемый слоем молекул красителя-сенсибилизатора, вызывает инжекцию электронов в зону проводимости диоксида титана, что приводит к протеканию тока. Однако короткая диффузионная длина (коэффициент диффузии, D _n ≤10 ⁻⁴см ²/s) в солнечных элементах, сенсибилизированных диоксидом титана, снижают эффективность преобразования солнечной энергии в энергию. Чтобы увеличить длину диффузии (или срок службы носителя), к диоксиду титана прикрепляют различные органические материалы.

Схема изготовления

Сенсибилизированная красителем фотоэлектрохимическая ячейка (ячейка Гретцеля)

Наночастицы TiO ₂ синтезируются в масштабах несколько десятков нанометров (~100 нм). Для изготовления фотоэлектрического элемента к поверхности диоксида титана прикрепляют молекулярные сенсибилизаторы (молекулы красителей). Поглощенный красителем диоксид титана наконец покрывается жидким электролитом. Этот тип сенсибилизированных красителем солнечных элементов также известен как элемент Гретцеля. ^[25] Сенсибилизированный красителем солнечный элемент имеет недостаток, заключающийся в короткой диффузионной длине. Недавно были исследованы супермолекулярные или многофункциональные сенсибилизаторы с целью увеличения длины диффузии носителей. ^[26] Например, хромофор красителя был модифицирован добавлением доноров вторичных электронов. Неосновные носители (в данном случае дырки) диффундируют к присоединенным донорам электронов для рекомбинации. Следовательно, электронно-дырочная рекомбинация замедляется из-за физического разделения между катионно-красочным фрагментом и поверхностью TiO ₂ , как показано на рис. 5. Наконец, этот процесс увеличивает длину диффузии носителей, что приводит к увеличению времени жизни носителей.

Твердотельный солнечный элемент, сенсибилизированный красителем

Мезопористые материалы содержат поры диаметром от 2 до 50 нм. Сенсибилизированную красителем мезопористую пленку TiO ₂ можно использовать для изготовления фотоэлектрических элементов, и этот солнечный элемент называется «твердотельным сенсибилизированным красителем солнечным элементом». Поры в тонкой мезопористой пленке TiO ₂ заполнены твердым материалом с дырочной проводимостью, таким как полупроводники p-типа или органический материал с дырочной проводимостью. Замена жидкого электролита в элементах Гретцеля твердым материалом для переноса заряда может быть полезной. Процесс генерации и рекомбинации электронов и дырок такой же, как и в ячейках Гретцеля. Электроны инжектируются из фотовозбужденного красителя в зону проводимости диоксида титана, а дырки переносятся твердым электролитом переноса заряда на электрод. Многие органические материалы были протестированы для получения высокой эффективности преобразования солнечной энергии в солнечные элементы, синтезированные с помощью красителей, на основе тонкой пленки мезопористого диоксида титана. ^[27]

Факторы эффективности

Факторы эффективности, продемонстрированные для солнечных элементов, сенсибилизированных красителем, следующие:

Параметры	Типы солнечных элементов, сенсибилизированных красителями
Параметры	Клетка Гретцеля	Твердотельный
Эффективность (%)	~ 10–11	~ 4
Вок ₍ В)	~ 0.7	~ 0.40
Дж _sc (мА/см ²)	~ 20	~ 9.10
Коэффициент заполнения	~ 0.67	~ 0.6
Источник:

Проблемы

Жидкие органические электролиты содержат очень агрессивный йод, что приводит к проблемам с утечками, герметизацией, обращением, десорбцией красителей и обслуживанием. Большое внимание сейчас уделяется электролиту для решения этих проблем.

Для твердотельных солнечных элементов, сенсибилизированных красителями, первая проблема возникает из-за неупорядоченных мезопористых структур титана. Мезопористые структуры титана следует изготавливать из хорошо упорядоченных структур титана одинакового размера (~ 10 нм). Вторая задача связана с разработкой твердого электролита, который должен обладать следующими свойствами:

Электролит должен быть прозрачным для видимого спектра (широкая запрещенная зона).
Производство должно быть возможным для нанесения твердого электролита без разрушения слоя молекул красителя на диоксиде титана.
НСМО молекулы красителя должна быть выше зоны проводимости диоксида титана.
Некоторые полупроводники p-типа имеют тенденцию кристаллизоваться внутри мезопористых пленок диоксида титана, разрушая контакт молекулы красителя с диоксидом титана. Следовательно, твердый электролит должен быть стабильным во время работы.

Наноструктурированная неорганика — малые молекулы

В 2008 году ученым удалось создать наноструктурированную пластинчатую структуру, которая обеспечивает идеальную конструкцию солнечных элементов с объемным гетеропереходом. ^[28] Наблюдаемая структура состоит из ZnO и небольших проводящих органических молекул, которые собираются в чередующиеся слои органических и неорганических компонентов. Эта высокоорганизованная структура, которая стабилизируется за счет π-π-укладки между органическими молекулами, позволяет проводить проводящие пути как в органических, так и в неорганических слоях. Толщина слоев (около 1–3 нм) находится в пределах диффузионной длины экситонов, что идеально минимизирует рекомбинацию носителей заряда. Эта структура также максимизирует интерфейс между неорганическим ZnO и органическими молекулами, что обеспечивает высокую плотность загрузки хромофора внутри структуры. Благодаря выбору материалов эта система нетоксична и экологически безопасна, в отличие от многих других систем, в которых используется свинец или кадмий.

Хотя эта система еще не была включена в фотоэлектрическое устройство, предварительные измерения фотопроводимости показали, что эта система демонстрирует одни из самых высоких значений, измеренных для органических, гибридных и аморфных кремниевых фотопроводников, и, таким образом, предлагает многообещающие возможности для создания эффективных гибридных фотоэлектрических устройств.

Ссылки

^ Миллирон, Делия Дж.; Гур, Илан; Аливисатос, А. Пол (2005). «Гибридные органо-нанокристаллические солнечные элементы». Вестник МРС . 30 : 41–44. дои : 10.1557/mrs2005.8 . S2CID 137370366 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Шахин, Шон Э.; Джинли, Дэвид С.; Джаббур, Гассан Э. (2005). «Фотовольтаика на органической основе» . Информационный бюллетень МРС . 30 :10–19. дои : 10.1557/mrs2005.2 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Сондерс, БР; Тернер, ML (2008). «Наночастично-полимерные фотоэлектрические элементы». Достижения в области коллоидной и интерфейсной науки . 138 (1): 1–23. doi : 10.1016/j.cis.2007.09.001 . ПМИД 17976501 .
^ Лукас, Шмидт-Менде (24 мая 2016 г.). Органические и гибридные солнечные элементы: введение . Вайкерт, Йонас. Берлин. ISBN 9783110283204 . ОСЛК 950902053 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ Саричифтчи, Н.С.; Смиловиц, Л.; Хигер, Эй Джей; Вудл, Ф. (1993). «Полупроводниковые полимеры (как доноры) и бакминстерфуллерен (как акцептор): устройства фотоиндуцированного электронного переноса и гетероперехода». Синтетические металлы . 59 (3): 333–352. дои : 10.1016/0379-6779(93)91166-Y .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Джинджер, Д.С.; Гринхэм, Северная Каролина (1999). «Фотоиндуцированный перенос электронов от сопряженных полимеров к нанокристаллам CdSe». Физический обзор B . 59 (16): 624–629. Бибкод : 1999PhRvB..5910622G . дои : 10.1103/PhysRevB.59.10622 .
^ Щеблыкин И.Г.; Ярцев А.; Пуллертис, Т.; Гульбинас, В.; Сундстрем, В. (2007). «Динамика возбужденного состояния и фотогенерации заряда в сопряженных полимерах». Дж. Физ. хим. Б. 111 (23): 6303–6321. дои : 10.1021/jp068864f . ПМИД 17521181 .
^ Шоу, ЧП; Русецкас, А.; Сэмюэл, IDW (2008). «Измерения диффузии экситонов в поли(3-гексилтиофене)». Продвинутые материалы . 20 (18): 3516–3520. Бибкод : 2008AdM....20.3516S . дои : 10.1002/adma.200800982 . S2CID 136557509 .
^ А. Вац; Р. Шенде; Я. Святкевич; Ю. Пушинский. «Глава 2: Возобновляемые источники энергии: фотоэлектрическая, ветровая и геотермальная энергия. Тонкая пленка из мезопористого TiO ₂ для применения сенсибилизированных красителями солнечных элементов (DSSC)» . Чистые технологии 2008. Технические материалы конференции и выставки чистых технологий 2008 года . стр. 113–116.
^ Герман, Дэвид Дж.; Голдбергер, Джошуа Э.; Чао, Стивен; Мартин, Дэниел Т.; Ступп, Сэмюэл И. (2011). «Ориентация периодических органо-неорганических наноразмерных доменов посредством одностадийного электроосаждения» . АСУ Нано . 5 (1): 565–73. дои : 10.1021/nn102697r . ПМК 3127581 . ПМИД 21142087 .
^ Вайкерт, Дж.; Данбар, РБ; Видеманн, В.; Гессен, ХК; Шмидт-Менде, Л. (2011). «Наноструктурированные органические и гибридные солнечные элементы» . Продвинутые материалы . 23 (16): 1810–28. Бибкод : 2011AdM....23.1810W . дои : 10.1002/adma.201003991 . ПМИД 21509826 . S2CID 16507122 .
^ Гарнетт, Эрик С.; Бронгерсма, Марк Л.; Цуй, И ; МакГи, Майкл Д. (2011). «Нанопроволочные солнечные элементы». Ежегодный обзор исследований материалов . 41 : 269–295. Бибкод : 2011AnRMS..41..269G . doi : 10.1146/annurev-matsci-062910-100434 .
^ «Упорядоченные органо-неорганические объемные фотоэлектрические элементы с гетеропереходом». Бюллетень MRS : 37–40. 2005.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Ву, М.Х.; Уэда, А.; Му, Р. (2005). «Полупроводниковые нанокомпозитные солнечные элементы на основе квантовых точек». Органическая фотовольтаика: механизмы, материалы и устройства . ЦРК Пресс. дои : 10.1201/9781420026351.ch14 . ISBN 978-0-8247-5963-6 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Сондерс, Брайан Р. (март 2012 г.). «Гибридные солнечные элементы из полимера и наночастиц: подготовка, принципы и проблемы». Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 369 (1): 1–15. Бибкод : 2012JCIS..369....1S . дои : 10.1016/j.jcis.2011.12.016 . ПМИД 22209577 .
^ Даял, Смита; Никос Копидакис, Дана С. Олсон, Дэвид С. Гинли и Гарри Рамблс; Олсон, Дана С.; Джинли, Дэвид С.; Рамблс, Гарри (2010). «Фотоэлектрические устройства с полимером с низкой запрещенной зоной и наноструктурами CdSe, эффективность которых превышает 3%». Нано-буквы . 10 (1): 239–242. Бибкод : 2010NanoL..10..239D . дои : 10.1021/nl903406s . ПМИД 20000623 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Шарлье, Ж.-К.; Терронес, М.; Баксендейл, М.; Менье, В.; Захария, Т.; Рупесингхе, Нидерланды; Сюй, ВК; Гроберт, Н.; и др. (2002). «Усиленная электронная автоэмиссия в углеродных нанотрубках, легированных B». Нано-буквы . 2 (11): 1191–1195. Бибкод : 2002NanoL...2.1191C . дои : 10.1021/nl0256457 .
^ Дхарап, Прасад; Ли, Жилин; Нагараджайя, Сатиш; Баррера, Э.В. (2004). «Нанотрубная пленка на основе одностенных углеродных нанотрубок для тензодатчиков». Нанотехнологии . 15 (3): 379–382. Бибкод : 2004Nanot..15..379D . дои : 10.1088/0957-4484/15/3/026 . S2CID 250909198 .
^ Деккер, Сис; Танс, Сандер Дж.; Вершуерен, Элвин Р.М. (1998). «Транзистор комнатной температуры на основе одной углеродной нанотрубки». Природа . 393 (6680): 49–62. Бибкод : 1998Natur.393...49T . дои : 10.1038/29954 . S2CID 4403144 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Синке, Мартин; Ли, Цзин; Чен, Бин ; Касселл, Алан; Дельзайт, Лэнс; Хан, Цзе; Мейяппан, М (2002). «Пористая структура необработанных и очищенных одностенных углеродных нанотрубок HiPco». Письма по химической физике . 365 (1–2): 69–74. Бибкод : 2002CPL...365...69C . дои : 10.1016/S0009-2614(02)01420-3 . S2CID 96046204 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Сомани, Пракаш Р.; Сомани, Савита П.; Умено, М. (2008). «Применение металлических наночастиц, декорированных углеродными нанотрубками, в фотовольтаике». Письма по прикладной физике . 93 (3): 033315. Бибкод : 2008ApPhL..93c3315S . дои : 10.1063/1.2963470 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Чен, Чансинь; Лу, Ян; Конг, Эрик С.; Чжан, Яфэй; Ли, Шуит-Тонг (2008). «Наносварные солнечные микроэлементы на основе углеродных нанотрубок». Маленький . 4 (9): 1313–1318. дои : 10.1002/smll.200701309 . ПМИД 18702123 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Дрессельхаус, MS (2008). Темы прикладной физики . Том. 80. Спрингер. ISBN 978-3-540-72864-1 .
^ Коллинз, П.Г.; Брэдли, К; Исигами, М; Зеттл, А (2000). «Чрезвычайная кислородная чувствительность электронных свойств углеродных нанотрубок». Наука . 287 (5459): 1801–4. Бибкод : 2000Sci...287.1801C . дои : 10.1126/science.287.5459.1801 . ПМИД 10710305 .
^ О'Риган Б. и Гретцель М. (1991). «Недорогой высокоэффективный солнечный элемент на основе сенсибилизированных красителем коллоидных пленок TiO2». Природа . 353 (6346): 737–740. Бибкод : 1991Natur.353..737O . дои : 10.1038/353737a0 . S2CID 4340159 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Жак-э Мозер (2005). «Солнечные элементы: скорее позже, чем раньше». Природные материалы . 4 (10): 723–724. Бибкод : 2005NatMa...4..723M . дои : 10.1038/nmat1504 . ПМИД 16195761 . S2CID 1508500 .
^ Ланселль-Бельтран, Э.; Прене, П.; Бошер, К.; Бельвиль, П.; Буват, П.; Санчес, К. (2006). «Полностью твердотельные, сенсибилизированные красителем нанопористые гибридные солнечные элементы TiO2 с высокой эффективностью преобразования энергии». Адв. Мэтр . 18 (19): 2579–2582. Бибкод : 2006AdM....18.2579L . дои : 10.1002/adma.200502023 . S2CID 138764511 .
^ Софос, Марина; Голдбергер, Джошуа; Стоун, Дэвид А.; Аллен, Джонатан Э.; Ма, Цин; Герман, Дэвид Дж.; Цай, Вэй-Вэнь; Лаухон, Линкольн Дж.; Ступп, Сэмюэл И. (2009). «Синергетическая сборка наноразмерных пластинчатых гибридов фотопроводников». Природные материалы . 8 (1): 68–75. Бибкод : 2009NatMa...8...68S . дои : 10.1038/nmat2336 . ПМИД 19060890 .

[S2-1] Миллирон, Делия Дж.; Гур, Илан; Аливисатос, А. Пол (2005). «Гибридные органо-нанокристаллические солнечные элементы». Вестник МРС . 30 : 41–44. дои : 10.1557/mrs2005.8 . S2CID 137370366 .

[S1-2] Перейти обратно: ^а ^б Шахин, Шон Э.; Джинли, Дэвид С.; Джаббур, Гассан Э. (2005). «Фотовольтаика на органической основе» . Информационный бюллетень МРС . 30 :10–19. дои : 10.1557/mrs2005.2 .

[M1-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Сондерс, БР; Тернер, ML (2008). «Наночастично-полимерные фотоэлектрические элементы». Достижения в области коллоидной и интерфейсной науки . 138 (1): 1–23. doi : 10.1016/j.cis.2007.09.001 . ПМИД 17976501 .

[4] Лукас, Шмидт-Менде (24 мая 2016 г.). Органические и гибридные солнечные элементы: введение . Вайкерт, Йонас. Берлин. ISBN 9783110283204 . ОСЛК 950902053 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )

[M2-5] Саричифтчи, Н.С.; Смиловиц, Л.; Хигер, Эй Джей; Вудл, Ф. (1993). «Полупроводниковые полимеры (как доноры) и бакминстерфуллерен (как акцептор): устройства фотоиндуцированного электронного переноса и гетероперехода». Синтетические металлы . 59 (3): 333–352. дои : 10.1016/0379-6779(93)91166-Y .

[M3-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с Джинджер, Д.С.; Гринхэм, Северная Каролина (1999). «Фотоиндуцированный перенос электронов от сопряженных полимеров к нанокристаллам CdSe». Физический обзор B . 59 (16): 624–629. Бибкод : 1999PhRvB..5910622G . дои : 10.1103/PhysRevB.59.10622 .

[M4-7] Щеблыкин И.Г.; Ярцев А.; Пуллертис, Т.; Гульбинас, В.; Сундстрем, В. (2007). «Динамика возбужденного состояния и фотогенерации заряда в сопряженных полимерах». Дж. Физ. хим. Б. 111 (23): 6303–6321. дои : 10.1021/jp068864f . ПМИД 17521181 .

[M5-8] Шоу, ЧП; Русецкас, А.; Сэмюэл, IDW (2008). «Измерения диффузии экситонов в поли(3-гексилтиофене)». Продвинутые материалы . 20 (18): 3516–3520. Бибкод : 2008AdM....20.3516S . дои : 10.1002/adma.200800982 . S2CID 136557509 .

[mesoporous-9] А. Вац; Р. Шенде; Я. Святкевич; Ю. Пушинский. «Глава 2: Возобновляемые источники энергии: фотоэлектрическая, ветровая и геотермальная энергия. Тонкая пленка из мезопористого TiO ₂ для применения сенсибилизированных красителями солнечных элементов (DSSC)» . Чистые технологии 2008. Технические материалы конференции и выставки чистых технологий 2008 года . стр. 113–116.

[lamellar-10] Герман, Дэвид Дж.; Голдбергер, Джошуа Э.; Чао, Стивен; Мартин, Дэниел Т.; Ступп, Сэмюэл И. (2011). «Ориентация периодических органо-неорганических наноразмерных доменов посредством одностадийного электроосаждения» . АСУ Нано . 5 (1): 565–73. дои : 10.1021/nn102697r . ПМК 3127581 . ПМИД 21142087 .

[11] Вайкерт, Дж.; Данбар, РБ; Видеманн, В.; Гессен, ХК; Шмидт-Менде, Л. (2011). «Наноструктурированные органические и гибридные солнечные элементы» . Продвинутые материалы . 23 (16): 1810–28. Бибкод : 2011AdM....23.1810W . дои : 10.1002/adma.201003991 . ПМИД 21509826 . S2CID 16507122 .

[nanowire-12] Гарнетт, Эрик С.; Бронгерсма, Марк Л.; Цуй, И ; МакГи, Майкл Д. (2011). «Нанопроволочные солнечные элементы». Ежегодный обзор исследований материалов . 41 : 269–295. Бибкод : 2011AnRMS..41..269G . doi : 10.1146/annurev-matsci-062910-100434 .

[S3-13] «Упорядоченные органо-неорганические объемные фотоэлектрические элементы с гетеропереходом». Бюллетень MRS : 37–40. 2005.

[M6-14] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Ву, М.Х.; Уэда, А.; Му, Р. (2005). «Полупроводниковые нанокомпозитные солнечные элементы на основе квантовых точек». Органическая фотовольтаика: механизмы, материалы и устройства . ЦРК Пресс. дои : 10.1201/9781420026351.ch14 . ISBN 978-0-8247-5963-6 .

[dx-15] Перейти обратно: ^а ^б Сондерс, Брайан Р. (март 2012 г.). «Гибридные солнечные элементы из полимера и наночастиц: подготовка, принципы и проблемы». Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 369 (1): 1–15. Бибкод : 2012JCIS..369....1S . дои : 10.1016/j.jcis.2011.12.016 . ПМИД 22209577 .

[16] Даял, Смита; Никос Копидакис, Дана С. Олсон, Дэвид С. Гинли и Гарри Рамблс; Олсон, Дана С.; Джинли, Дэвид С.; Рамблс, Гарри (2010). «Фотоэлектрические устройства с полимером с низкой запрещенной зоной и наноструктурами CdSe, эффективность которых превышает 3%». Нано-буквы . 10 (1): 239–242. Бибкод : 2010NanoL..10..239D . дои : 10.1021/nl903406s . ПМИД 20000623 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[H1-17] Шарлье, Ж.-К.; Терронес, М.; Баксендейл, М.; Менье, В.; Захария, Т.; Рупесингхе, Нидерланды; Сюй, ВК; Гроберт, Н.; и др. (2002). «Усиленная электронная автоэмиссия в углеродных нанотрубках, легированных B». Нано-буквы . 2 (11): 1191–1195. Бибкод : 2002NanoL...2.1191C . дои : 10.1021/nl0256457 .

[H2-18] Дхарап, Прасад; Ли, Жилин; Нагараджайя, Сатиш; Баррера, Э.В. (2004). «Нанотрубная пленка на основе одностенных углеродных нанотрубок для тензодатчиков». Нанотехнологии . 15 (3): 379–382. Бибкод : 2004Nanot..15..379D . дои : 10.1088/0957-4484/15/3/026 . S2CID 250909198 .

[H3-19] Деккер, Сис; Танс, Сандер Дж.; Вершуерен, Элвин Р.М. (1998). «Транзистор комнатной температуры на основе одной углеродной нанотрубки». Природа . 393 (6680): 49–62. Бибкод : 1998Natur.393...49T . дои : 10.1038/29954 . S2CID 4403144 .

[H4-20] Перейти обратно: ^а ^б Синке, Мартин; Ли, Цзин; Чен, Бин ; Касселл, Алан; Дельзайт, Лэнс; Хан, Цзе; Мейяппан, М (2002). «Пористая структура необработанных и очищенных одностенных углеродных нанотрубок HiPco». Письма по химической физике . 365 (1–2): 69–74. Бибкод : 2002CPL...365...69C . дои : 10.1016/S0009-2614(02)01420-3 . S2CID 96046204 .

[H5-21] Перейти обратно: ^а ^б Сомани, Пракаш Р.; Сомани, Савита П.; Умено, М. (2008). «Применение металлических наночастиц, декорированных углеродными нанотрубками, в фотовольтаике». Письма по прикладной физике . 93 (3): 033315. Бибкод : 2008ApPhL..93c3315S . дои : 10.1063/1.2963470 .

[H6-22] Перейти обратно: ^а ^б Чен, Чансинь; Лу, Ян; Конг, Эрик С.; Чжан, Яфэй; Ли, Шуит-Тонг (2008). «Наносварные солнечные микроэлементы на основе углеродных нанотрубок». Маленький . 4 (9): 1313–1318. дои : 10.1002/smll.200701309 . ПМИД 18702123 .

[H7-23] Перейти обратно: ^а ^б Дрессельхаус, MS (2008). Темы прикладной физики . Том. 80. Спрингер. ISBN 978-3-540-72864-1 .

[H8-24] Коллинз, П.Г.; Брэдли, К; Исигами, М; Зеттл, А (2000). «Чрезвычайная кислородная чувствительность электронных свойств углеродных нанотрубок». Наука . 287 (5459): 1801–4. Бибкод : 2000Sci...287.1801C . дои : 10.1126/science.287.5459.1801 . ПМИД 10710305 .

[K1-25] О'Риган Б. и Гретцель М. (1991). «Недорогой высокоэффективный солнечный элемент на основе сенсибилизированных красителем коллоидных пленок TiO2». Природа . 353 (6346): 737–740. Бибкод : 1991Natur.353..737O . дои : 10.1038/353737a0 . S2CID 4340159 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[K2-26] Жак-э Мозер (2005). «Солнечные элементы: скорее позже, чем раньше». Природные материалы . 4 (10): 723–724. Бибкод : 2005NatMa...4..723M . дои : 10.1038/nmat1504 . ПМИД 16195761 . S2CID 1508500 .

[K3-27] Ланселль-Бельтран, Э.; Прене, П.; Бошер, К.; Бельвиль, П.; Буват, П.; Санчес, К. (2006). «Полностью твердотельные, сенсибилизированные красителем нанопористые гибридные солнечные элементы TiO2 с высокой эффективностью преобразования энергии». Адв. Мэтр . 18 (19): 2579–2582. Бибкод : 2006AdM....18.2579L . дои : 10.1002/adma.200502023 . S2CID 138764511 .

[K4-28] Софос, Марина; Голдбергер, Джошуа; Стоун, Дэвид А.; Аллен, Джонатан Э.; Ма, Цин; Герман, Дэвид Дж.; Цай, Вэй-Вэнь; Лаухон, Линкольн Дж.; Ступп, Сэмюэл И. (2009). «Синергетическая сборка наноразмерных пластинчатых гибридов фотопроводников». Природные материалы . 8 (1): 68–75. Бибкод : 2009NatMa...8...68S . дои : 10.1038/nmat2336 . ПМИД 19060890 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]