Органические солнечные элементы имеют полимерную основу, это отличает их от неорганических фотоэлектрических материалов, таких как кремний, и обеспечивает им более высокую гибкость, меньший вес, прозрачность, дешевизну и удобство установки (их даже можно наносить как краску). Но обычные коммерческие кремниевые панели имеют эффективность преобразования света в электричество порядка 22%, а лучшие органические аналоги едва дотягивают до 15%.

«В этой области все долгое время были зациклены на диаграмме эффективности, — считает Рафаэль Вердуско (Rafael Verduzco) из лаборатории химических и биомолекулярных технологий Университета Райса в Хьюстоне (штат Техас). — Механические свойства тоже очень важны, но этим аспектом пренебрегали».

Команда Вердуско избрала необычный подход к решению проблемы разрушения активного слоя при деформациях солнечного элемента. Вместо того, чтобы искать новые органические полупроводники, эластичные по своей природе, техасские инженеры разработали методику модификации механических свойств уже известных и хорошо себя показавших материалов для органических солнечных батарей.

Они обнаружили, что при добавлении в такой материал реагентов тиолена на основе серы, их молекулы под действием тепла, ультрафиолета или просто со временем образуют между собой перекрёстные связи, повышающие общую гибкость полимера.

Однако, этот процесс требовал доработки: если добавлялось слишком мало тиолена, кристаллический полимер растрескивался при деформировании, а слишком много реагента ухудшало его фотоэлектрическую эффективность.

«Чистый P3HT (активный слой на основе политиофена) начинал трескаться примерно при 6-процентной деформации, — рассказал Вердуско. — Добавив 10% тиолена, мы смогли довести деформацию до 14%, а при 16% начинали замечать трещины. При добавках более 30% материал отлично гнулся, но как солнечный элемент был бесполезен. Мы установили, что существенных потерь фототока не происходит примерно до 20%, что, по-видимому, и является оптимальным значением».

Молекулы реагента небольшие и не нарушают морфологию исходного материала, но в лаборатории Вердуско продолжаются эксперименты с различными органическими фотоэлектриками: авторы рассчитывают добиться лучшей эластичности с меньшим количеством добавок.

О результатах исследования рассказывается в статье, опубликованной в журнале Chemistry of Materials.