Organiske 2-D film kan føre til bedre solceller

(PhysOrg.com) - Solceller fremstillet af organiske materialer er billige, let og fleksibel, men deres ydeevne halter bag celler, der indeholder silicium eller andre uorganiske materialer. Cornell -kemiker William Dichtel og kolleger har fundet en måde at syntetisere bestilte organiske film, der kan være et stort skridt i retning af at løse dette problem.

Det er første gang, forskere har været i stand til at lokke materialer kendt som kovalente organiske rammer (COF'er) ud af deres almindelige pulverform til flade ark af præcist ordnede molekyler på en ledende overflade. Det fjerner en stor hindring for at bruge COF'er til at erstatte de dyrere, mindre alsidige materialer, der bruges i solceller og anden elektronik i dag.

Forskningen optræder i 8. april -udgaven af Videnskab .

COF'er har en række egenskaber, der ikke findes i traditionelle organiske polymerer, herunder fremragende termisk stabilitet, højt overfladeareal og permanent porøsitet. Men mens forskere har identificeret dem som spændende kandidater til sådanne enheder, de er blevet hæmmet af, at materialerne normalt kun findes som uopløselige pulvere.

Dichtel, adjunkt i kemi og kemisk biologi, og kolleger udviklede en enkel proces til dyrkning af tynde (25-400 nanometer tykke) film af COF'er på en overflade af grafen, et enkelt atom-tykt lag kulstof. De brugte røntgendiffraktion ved Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS) til at bestemme materialernes struktur og orientering. COF'erne vokser som kontinuerlige film af velordnede, stablede lag på grafenoverfladerne.

I modsætning til pulverformen, filmene dyrket på transparente overflader kan sonderes ved hjælp af moderne optiske målinger. Forskere kan også variere rammenes egenskaber ved at ændre strukturen af ​​deres komponenter.

"Disse materialer er så alsidige - vi kan justere egenskaberne rationelt, snarere end at stole på molekyler til uforudsigeligt at pakke ind i film, "Sagde Dichtel.

At demonstrere, forskerne skabte tre variationer af rammerne. Af de tre, man viser særlig løfte for solceller - den bruger molekyler kaldet phthalocyaniner, som almindeligvis findes i industrielle farvestoffer, der bruges i produkter fra blå jeans til blækpenne.

Phthalocyaniner, der er relateret til klorofyl, absorbere lys over det meste af solspektret - en sjælden egenskab for et enkelt organisk materiale.

"Anskaffelse af disse materialer som film på elektrodematerialer er et stort skridt i retning af at studere og bruge dem i enheder, "Dichtel sagde." Denne metode repræsenterer en generel måde at samle molekyler på overflader forudsigeligt. Dette arbejde åbner døren for at tage disse materialer i mange andre retninger. "