Солнечные лучи - это обильный чистый источник энергии, значение которого становится все более важным, поскольку мир стремится отказаться от источников энергии, способствующих глобальному потеплению. Но современные методы сбора солнечных зарядов дороги и неэффективны - теоретический предел эффективности составляет 33 процента. Новые наноматериалы, разработанные исследователями Центра перспективных научных исследований (ASRC) в Центре аспирантуры Городского университета Нью-Йорка (CUNY), могут обеспечить путь к более эффективному и потенциально доступному сбору солнечной энергии.
Материалы, созданные учеными в рамках Инициативы ASRC по нанонауке, используют процесс, называемый синглетным делением, для производства и продления жизни электронов, генерируемых светом. Открытие описано в недавно опубликованной статье в Journal of Physical Chemistry. Ранние исследования показывают, что эти материалы могут создавать более полезные заряды и повышать теоретическую эффективность солнечных элементов до 44 процентов.
Мы модифицировали некоторые молекулы широко используемых промышленных красителей, чтобы создать самособирающиеся материалы, которые способствуют большему выходу собираемых электронов и продлевают время жизни электронов в возбужденном состоянии, что дает нам больше времени для их сбора в солнечной батареи», - сказал Эндрю Левин, ведущий автор статьи и доктор наук. D. студент Центра выпускников.
Процесс самосборки, объяснил Левин, заставляет молекулы красителя складываться определенным образом. Такое наложение позволяет красителям, поглотившим солнечные фотоны, соединяться и делиться энергией с соседними красителями или «возбуждать» их. Затем электроны в этих красителях разъединяются, чтобы их можно было собирать в виде солнечной энергии.
Методология и выводы
Для разработки материалов исследователи объединили различные версии двух часто используемых промышленных красителей - дикетопирролопиррола (ДПП) и рилена. Это привело к образованию шести самособирающихся сверхструктур, которые ученые исследовали с помощью электронной микроскопии и передовой спектроскопии. Они обнаружили, что каждая комбинация имеет тонкие различия в геометрии, которые влияют на возбужденные состояния красителей, возникновение синглетного деления, а также выход и время жизни собираемых электронов. Значение
«Эта работа предоставляет нам библиотеку наноматериалов, которые мы можем изучить для сбора солнечной энергии», - сказал профессор Адам Брауншвейг, ведущий исследователь и доцент ASRC Nanoscience Initiative и химических факультетов Hunter. Колледж и Центр выпускников.«Наш метод объединения красителей в функциональные материалы с использованием самосборки означает, что мы можем тщательно настраивать их свойства и повышать эффективность критического процесса сбора света».
Способность материалов к самосборке также может сократить время на создание коммерчески жизнеспособных солнечных элементов, говорят исследователи, и оказаться более доступной по сравнению с современными методами изготовления, основанными на трудоемком процессе молекулярного синтеза.
Следующей задачей исследовательской группы является разработка метода сбора солнечных зарядов, создаваемых их новыми наноматериалами. В настоящее время они работают над созданием молекулы рилена, способной принимать электрон от молекулы ДПП после процесса синглетного деления. В случае успеха эти материалы инициируют процесс синглетного деления и облегчат перенос заряда в солнечный элемент.