自组装纳米材料为更有效更经济地利用太阳能提供了途径

随着世界努力摆脱导致全球变暖的能源,太阳光线是一种丰富,清洁的能源,正变得越来越重要。但目前收集太阳能电荷的方法既昂贵又效率低 - 理论效率限制为33%。由纽约城市大学(CUNY)研究生中心的高级科学研究中心(ASRC)的研究人员开发的新纳米材料可以为更有效和可能负担得起的太阳能采集提供途径。

这些材料由科学家们与ASRC的纳米科学倡议组织创建,使用称为单线裂变的过程来产生和延长可收获的光生电子的寿命。该发现在物理化学杂志上发表的新论文中有所描述。早期的研究表明,这些材料可以产生更多的可用电荷,并将太阳能电池的理论效率提高到44%。

“我们改造了常用工业染料中的一些分子,以创造自组装材料,促进可收获电子的更高产量并延长电子的xcited状态寿命,使我们有更多时间在太阳能电池中收集它们,” Andrew Levine,该论文的第一作者和博士。研究生中心的学生。

莱文解释说,自组装过程会使染料分子以特定方式堆叠。这种堆叠允许吸收太阳光子的染料与相邻染料耦合并共享能量 - 或“激发”相邻染料。然后,这些染料中的电子解耦,以便它们可以作为可收获的太阳能被收集。

方法和发现

为了开发这些材料,研究人员将两种常用工业染料 - 二酮吡咯并吡咯(DPP)和二甲苯的各种版本结合起来。这导致了六个自组装超结构的形成,科学家们使用电子显微镜和先进的光谱学进行了研究。他们发现,每种组合在几何形状上都有微妙的差异,影响染料的激发态,单线态裂变的发生,以及可收获电子的产量和寿命。意义

“这项工作为我们提供了一个纳米材料库,我们可以研究它来收集太阳能,”该研究的首席研究员,以及ASRC纳米科学计划和亨特学院和研究生中心化学系的副教授Adam Braunschweig教授说。 。“我们使用自组装将染料结合到功能材料中的方法意味着我们可以仔细调整其性能并提高关键光捕获过程的效率。”

研究人员表示,这种材料的自组装能力还可以缩短创造商业上可行的太阳能电池的时间,并且证明比现有的制造方法更加经济实惠,而现有的制造方法依赖于耗时的分子合成过程。

该研究团队的下一个挑战是开发一种收获新纳米材料产生的太阳能电荷的方法。目前,他们正致力于设计一种可在单线态裂变过程后接受来自DPP分子的电子的萘嵌苯分子。如果成功,这些材料都将启动单线裂变过程并促进电荷转移到太阳能电池中。