Forskere udvikler materialer, der kan revolutionere, hvordan lys udnyttes til solenergi

Forskere ved Columbia University har udviklet en måde at udnytte mere strøm fra singlet fission for at øge solcellernes effektivitet, et værktøj, der hjælper med at skubbe udviklingen af ​​næste generations enheder fremad.

I en undersøgelse offentliggjort denne måned i Naturkemi , teamet beskriver designet af organiske molekyler, der er i stand til at generere to excitoner pr. foton af lys, en proces kaldet singlet fission. Excitonerne produceres hurtigt og kan leve meget længere end dem, der genereres fra deres uorganiske kolleger, hvilket fører til en forstærkning af elektricitet genereret pr. foton, der absorberes af en solcelle.

"Vi har udviklet en ny designregel for singlet fission materialer, "sagde Luis Campos, en lektor i kemi og en af ​​tre hovedforskere på undersøgelsen. "Dette har ført os til at udvikle de mest effektive og teknologisk nyttige intramolekylære singlet fission materialer til dato. Disse forbedringer åbner døren for mere effektive solceller."

Alle moderne solpaneler fungerer ved den samme proces - en foton af lys genererer en exciton, Campos forklaret. Excitonen kan derefter omdannes til elektrisk strøm. Imidlertid, der er nogle molekyler, der kan implementeres i solceller, der har evnen til at generere to excitoner fra en enkelt foton - en proces kaldet singlet fission. Disse solceller danner grundlaget for næste generations enheder, som stadig er i barndommen. En af de største udfordringer ved at arbejde med sådanne molekyler, selvom, er, at de to excitoner "lever" i meget korte perioder (snesevis af nanosekunder), gør det svært at høste dem som en form for elektricitet.

I den aktuelle undersøgelse, delvis finansieret af Office of Naval Research, Campos og kolleger designede organiske molekyler, der hurtigt kan generere to excitoner, der lever meget længere end de state-of-the-art systemer. Det er et fremskridt, der ikke kun kan bruges i næste generations solenergiproduktion, men også i fotokatalytiske processer inden for kemi, sensorer, og billeddannelse, Campos forklarede, da disse excitoner kan bruges til at starte kemiske reaktioner, som derefter kan bruges af industrien til at lave medicin, plast, og mange andre former for forbrugskemikalier.

"Intramolekylær singlet fission er blevet demonstreret af vores gruppe og andre, men de resulterende excitoner blev enten genereret meget langsomt, eller de ville ikke vare meget længe, "Campos sagde." Dette arbejde er det første, der viser, at singlet fission hurtigt kan generere to excitoner, der kan leve i meget lang tid. Dette åbner døren for grundlæggende at studere, hvordan disse excitoner opfører sig, når de sidder på individuelle molekyler, og også for at forstå, hvordan de effektivt kan tages i brug på enheder, der nyder godt af lysforstærkede signaler. "

Teamets designstrategi bør også vise sig nyttig på separate områder af videnskabelig undersøgelse og have mange andre endnu ufattelige applikationer, han tilføjede.