Organické solární články (OSC) dlouho balancovaly mezi slibnými vlastnostmi a nepříjemnými kompromisy. Jsou ohebné, lehké a relativně levné na výrobu, ale většímu rozšíření doposud bránily nižší účinnost a horší stabilita.
Nový polymer PTQ15 ale může tento status quo změnit. Přináší totiž rekordní účinnost mezi nízkonákladovými OSC až 19,96 %. A to při až šestkrát nižší výrobní ceně než u dosud používaných polymerů PM6 a D18.
V hlavní roli trifluormethylová skupina
Za úspěchem PTQ15 stojí důmyslný molekulární design. Vědci z čínské Univerzity Čeng-čou přidali do struktury polymeru trifluormethylovou skupinu (CF₃), která zlepšila elektronové vlastnosti i uspořádání řetězců. Díky vysoké elektronegativitě fluoru snižuje tato skupina energetické ztráty a přispívá k lepšímu uspořádání polymerního filmu.
Výsledkem je ultrarychlý přenos náboje během 1,4 pikosekundy a minimální ztráty energie. Co je ale možná ještě důležitější: PTQ15 lze nanášet při běžné vlhkosti 25 % bez výraznější ztráty výkonu, což výrazně zlevňuje průmyslovou výrobu.
Vedle výkonu hraje zásadní roli i cena materiálu. PTQ15 se vyrábí ve třech až čtyřech jednoduchých krocích, což výrazně snižuje náklady na jeden kilogram – na zhruba 35 500 dolarů, zatímco PM6 a D18 stojí přes 200 000 dolarů/kg. Tato úspora se promítá i do odhadované ceny 0,36 dolaru za watt-peak, což začíná být konkurenceschopné i vůči tradičnímu křemíku, zvlášť vezmeme-li v úvahu flexibilitu a nízkou hmotnost OSC.
Z průmyslového hlediska je kombinace nízké ceny, vysoké účinnosti a jednoduchého zpracování zásadní. Výroby většiny dnešních organických solárních článků totiž vyžaduje drahá zařízení s inertní atmosférou, zatímco PTQ15 tuto potřebu eliminuje, čímž snižuje náklady a otevírá cestu k levnější a decentralizované výrobě.
Výsledek systematické práce
Vývoj tohoto polymeru není dílem náhody, ale výsledkem systematické práce na celé řadě polymerů PTQ. Každá generace – od PTQ10 přes PTQ12 až po současný PTQ15 – stavěla na zkušenostech z předchozích verzí a přinášela vylepšení v účinnosti, ceně i jednoduchosti výroby. PTQ10 dosáhl účinnosti 16,53 %, PTQ12 pak 19,36 %. Cesta k průlomovým materiálům tak vede skrze trpělivé ladění a porozumění vztahům mezi strukturou a funkcí.
Přestože PTQ15 slibuje revoluci, organické solární články stále čelí významným výzvám, zejména v oblasti dlouhodobé stability a ekologických dopadů fluorovaných sloučenin. Fluorované skupiny totiž patří mezi tzv. věčné chemikálie, jejichž environmentální dopady jsou předmětem přísných regulací Pokud se tyto překážky podaří překonat, mohou OSC najít uplatnění v oblastech, kde křemík zkrátka nestačí: od chytrého textilu přes průhledná okna až po napájení senzorů v interiérech.
Objev PTQ15 tedy není jen dalším zápisem v akademickém deníku, ale potenciálním milníkem. Ukazuje, že s dobře navrženým materiálem lze skloubit výkon, cenu i praktičnost – což je přesně ta kombinace, kterou solární průmysl dlouho hledal. Pokud se výsledky potvrdí i mimo laboratoř, můžeme být svědky přechodu OSC z technologické zajímavosti do hlavního proudu.