隨著世界努力擺脫導致全球變暖的能源，太陽光線是一種豐富，清潔的能源，正變得越來越重要。但目前收集太陽能電荷的方法既昂貴又效率低 - 理論效率限制為33%。由紐約城市大學(CUNY)研究生中心的高級科學研究中心(ASRC)的研究人員開發(fā)的新納米材料可以為更有效和可能負擔得起的太陽能采集提供途徑。

這些材料由科學家們與ASRC的納米科學倡議組織創(chuàng)建，使用稱為單線裂變的過程來產(chǎn)生和延長可收獲的光生電子的壽命。該發(fā)現(xiàn)在物理化學雜志上發(fā)表的新論文中有所描述。早期的研究表明，這些材料可以產(chǎn)生更多的可用電荷，并將太陽能電池的理論效率提高到44%。

“我們改造了常用工業(yè)染料中的一些分子，以創(chuàng)造自組裝材料，促進可收獲電子的更高產(chǎn)量并延長電子的xcited狀態(tài)壽命，使我們有更多時間在太陽能電池中收集它們，” Andrew Levine，該論文的第一作者和博士。研究生中心的學生。

萊文解釋說，自組裝過程會使染料分子以特定方式堆疊。這種堆疊允許吸收太陽光子的染料與相鄰染料耦合并共享能量 - 或“激發(fā)”相鄰染料。然后，這些染料中的電子解耦，以便它們可以作為可收獲的太陽能被收集。

方法和發(fā)現(xiàn)

為了開發(fā)這些材料，研究人員將兩種常用工業(yè)染料 - 二酮吡咯并吡咯(DPP)和二甲苯的各種版本結(jié)合起來。這導致了六個自組裝超結(jié)構(gòu)的形成，科學家們使用電子顯微鏡和先進的光譜學進行了研究。他們發(fā)現(xiàn)，每種組合在幾何形狀上都有微妙的差異，影響染料的激發(fā)態(tài)，單線態(tài)裂變的發(fā)生，以及可收獲電子的產(chǎn)量和壽命。意義

“這項工作為我們提供了一個納米材料庫，我們可以研究它來收集太陽能，”該研究的首席研究員，以及ASRC納米科學計劃和亨特學院和研究生中心化學系的副教授Adam Braunschweig教授說。 。“我們使用自組裝將染料結(jié)合到功能材料中的方法意味著我們可以仔細調(diào)整其性能并提高關(guān)鍵光捕獲過程的效率。”

研究人員表示，這種材料的自組裝能力還可以縮短創(chuàng)造商業(yè)上可行的太陽能電池的時間，并且證明比現(xiàn)有的制造方法更加經(jīng)濟實惠，而現(xiàn)有的制造方法依賴于耗時的分子合成過程。

該研究團隊的下一個挑戰(zhàn)是開發(fā)一種收獲新納米材料產(chǎn)生的太陽能電荷的方法。目前，他們正致力于設(shè)計一種可在單線態(tài)裂變過程后接受來自DPP分子的電子的萘嵌苯分子。如果成功，這些材料都將啟動單線裂變過程并促進電荷轉(zhuǎn)移到太陽能電池中。