Gennemsigtigt ledende materiale kan føre til strømgenererende vinduer

(PhysOrg.com) - Forskere ved US Department of Energy's (DOE) Brookhaven National Laboratory og Los Alamos National Laboratory har fremstillet gennemsigtige tynde film, der er i stand til at absorbere lys og generere elektrisk ladning over et relativt stort område. Materialet, beskrevet i journalen Materialernes kemi , kunne bruges til at udvikle transparente solpaneler eller endda vinduer, der absorberer solenergi til at generere elektricitet.

Materialet består af en halvledende polymer doteret med kulstofrige fullerener. Under omhyggeligt kontrollerede forhold, materialet samles selv for at danne et reproducerbart mønster af sekskantformede celler i mikronstørrelse over et relativt stort område (op til flere millimeter).

"Selvom sådanne honningkagemønstrede tynde film tidligere er blevet fremstillet ved hjælp af konventionelle polymerer som polystyren, dette er den første rapport om et sådant materiale, der blander halvledere og fullerener for at absorbere lys og effektivt generere ladning og ladningsseparation, "sagde forsker Mircea Cotlet, en fysisk kemiker ved Brookhaven's Center for Functional Nanomaterials.

Desuden, materialet forbliver stort set gennemsigtigt, fordi polymerkæderne kun pakker tæt i sekskantens kanter, mens den forbliver løst pakket og spredt meget tynd på tværs af centrene. "De tætpakkede kanter absorberer kraftigt lys og kan også lette ledning af elektricitet, "Cotlet forklarede, "mens centrene ikke absorberer meget lys og er relativt gennemsigtige."

"Ved at kombinere disse egenskaber og opnå mønstre i stor skala kan det muliggøre en bred vifte af praktiske anvendelser, såsom energiproducerende solvinduer, gennemsigtige solpaneler, og nye slags optiske skærme, " sagde medforfatter Zhihua Xu, en materialeforsker ved CFN.

"Forestil dig et hus med vinduer lavet af denne slags materiale, hvilken, kombineret med et solcelletag, ville reducere sine elomkostninger betydeligt. Det her er ret spændende, " sagde Cotlet.

Forskerne fremstillede honningkagens tynde film ved at skabe en strøm af vanddråber i mikrometer på tværs af et tyndt lag af polymer/fullerenblandingsopløsningen. Disse vanddråber samles i store arrays i polymeropløsningen. Da opløsningsmidlet fordamper fuldstændigt, polymeren danner et sekskantet bikagemønster over et stort område.

"Dette er en omkostningseffektiv metode, med potentiale til at blive skaleret op fra laboratoriet til produktion i industriel skala, "Sagde Xu.

Forskerne verificerede ensartetheden af ​​bikagestrukturen med forskellige scanningssonde- og elektronmikroskopiteknikker, og testede de optiske egenskaber og ladningsgenerering på forskellige dele af bikagestrukturen (kanter, centre, og knudepunkter, hvor individuelle celler forbinder) ved hjælp af tidsopløst konfokal fluorescensmikroskopi.

Forskerne fandt også, at graden af ​​polymerpakning blev bestemt af hastigheden af ​​opløsningsmiddelfordampning, som igen bestemmer hastigheden af ​​ladningstransport gennem materialet.

"Jo langsommere fordamper opløsningsmidlet, jo tættere pakket polymeren, og jo bedre afgiftstransport, "Sagde Cotlet.

"Vores arbejde giver en dybere forståelse af de optiske egenskaber af bikagestrukturen. Det næste skridt vil være at bruge disse bikage tynde film til at fremstille gennemsigtige og fleksible organiske solceller og andre enheder, " han sagde.