Nature Energy: organické solární články z netoxických rozpouštědel
Nový postup přípravy organických solárních článků za použití ekologicky šetrných rozpouštědel se podařilo vyvinout v rámci rozsáhlého mezinárodního výzkumu, na kterém se podíleli také vědci z ÚMCH. Výsledky společného úsilí nedávno publikoval prestižní vědecký časopis Nature Energy.
Mezi významná vědecká témata posledních let patří vývoj technologií pro udržitelnější výrobu a skladování energie. K nejslibnějším udržitelným energetických řešením dnes patří solární články vyrobené z organických molekul nebo polymerů. Navzdory svým výhodám (obvykle jsou tenké, lehké a flexibilní) však většinou mají dosud vyvinuté organické články nízkou účinnost přeměny energie (PCE). Vědcům se sice v posledních letech podařilo vyvinout solární články s PCE nad 18 %, neobešli se však bez toxických rozpouštědel s nízkým bodem varu, jako je například chloroform.
Nyní mezinárodní výzkumný tým představil v prestižním časopise Nature Energy nový postup přípravy organických solárních článků za použití ekologicky šetrných rozpouštědel. Vědcům se podařilo připravit organické solární články s účinností přesahující 17 %, aniž by byla použita rozpouštědla, která jsou škodlivá pro člověka a životní prostředí.
Na výzkumu nové generace solárních článků se podíleli vědci z šesti institucí a čtyř zemí: Soochow University (Čína), Linkoping University (Švédsko), Akademie věd ČR (Česko), Ulsan National Institute of Science and Technology (Korea), Chongqing University (Čína) a Čínská akademie věd (Čína). Pro vznik nové studie byla klíčová zejména dlouhodobá spolupráce Oddělení NMR spektroskopie (ÚMCH AV ČR) s Katedrou fyziky, chemie a biologie (IFM) Univerzity v Linköpingu (Švédsko). „S kolegy ze Švédska spolupracujeme na vývoji a výzkumu v oblasti solárních článků posledních několik let. Naše znalosti a možnosti měření s našimi NMR přístroji jsou nepostradatelnou součástí jejich výzkumných cílů,“ popisují Dr. Sabina Abbrent a Dr. Libor Kobera z Oddělení NMR spektroskopie (ÚMCH AV ČR).
Mezinárodní tým vědců připravený materiál analyzoval velice komplexně. „Byla provedena rozsáhlá strukturní studie pomocí širokého portfolia analytických metod jako jsou NMR, FTIR, 2D GIWAX, TGA, MALDI-TOF a UV-VIS. Materiálové vlastnosti byly popsány pomocí elektrických veličin (J-V charakteristika), Elektroluminiscenčního měření, CV a LBIC analýz a zároveň byla testována i dlouhodobá stabilita připravených materiálů,“ popisuje Dr. Jiří Brus, vedoucí Oddělení NMR spektroskopie.
Úkolem výzkumníků z ÚMCH (Dr. Libor Kobera, Dr. Sabina Abbrent, Dr. Jiří Brus) bylo popsat pomocí detailní analýzy strukturu nových organických solárních článků v molekulárním až atomárním rozlišení a odhalit strukturní efekty, které indukují zvýšení konverze slunečního záření na elektrickou energii. Využili k tomu jednu z klíčových metod studia struktury látek na atomární úrovni: nukleární magnetickou rezonanci (NMR) ve vysokém rozlišení. Výzkumu se vědci z ÚMCH věnovali v průběhu uplynulého roku, kdy provedli řadu sofistikovaných a časově náročných experimentů.
Klíčové vlastnosti, které nově vyvinutý materiál vykazuje (zpracovatelnost bez použití halogenovaných rozpouštědel, umožňující vyrobit rovnoměrný modul s velkou plochou, bez žíhání, při vysoké účinnosti a vynikající stabilitě) patří mezi zásadní požadavky pro průmyslový vývoj organických solárních článků. Poznatky vědců by tak do budoucna mohly pomoci k vývoji běžně využitelných organických solárních článků s vysokými hodnotami PCE za použití ekologicky šetrných rozpouštědel.
