Молекула-самостройка: новый путь к эффективным солнечным элементам

Обычно p/n-гетеропереход создаётся путем физического смешивания отдельных молекул, что часто приводит к нестабильности и снижению эффективности. В качестве альтернативы учёные разработали единую донорно-акцепторную молекулу TISQ, в которой оба типа полупроводниковых компонентов объединены. Благодаря амидным связям, способствующим водородным взаимодействиям, эта молекула может спонтанно собираться в наноразмерные структуры с встроенным p/n-переходом.

Оказалось, что способ самоорганизации молекулы TISQ зависит от растворителя. В полярных средах образуются наночастицеобразные J-агрегаты, а в малополярных — волокнистые H-агрегаты. Критически важно, что J-агрегаты демонстрируют почти вдвое более высокий фототоковый отклик, чем H-агрегаты, что напрямую связано с разной эффективностью разделения и переноса зарядов.

На основе TISQ были изготовлены опытные солнечные элементы, где одна молекула выступала в роли светоактивного материала, самостоятельно формируя p/n-гетеропереходы. Это подтвердило принципиальную возможность создания функциональных электронных структур через молекулярную самоорганизацию. Хотя практическая эффективность элементов пока невелика, исследование демонстрирует прямую связь между типом наноструктуры и фотоэлектрическим откликом.

Данная работа открывает путь к созданию органических солнечных элементов и других оптоэлектронных устройств с помощью подхода «снизу вверх» — через целенаправленный дизайн молекул, способных к автономной сборке в оптимальные структуры. Углубление понимания этой взаимосвязи позволит расширить возможности проектирования новых эффективных материалов.