Afkodning af livscyklussen for fotogenererede debiteringer

Nye materialer vil gøre det muligt for nye teknologier at omdanne sollys til elektricitet og brændstof. Kombinationer af molekyler og bittesmå nanopartikler gør disse materialer til en realitet. Molekylerne i disse materialer er meget gode til at absorbere sollys og donere elektroner til nanopartiklerne. Nanopartiklerne flytter derefter elektronerne rundt og katalyserer reaktioner, der producerer brændstoffet. Denne proces fungerer dog ikke altid, som forskerne håber. Nu har forskere fundet en måde at spore elektroner langs deres rundtur fra molekylerne til nanopartiklerne og tilbage. Forskere kan måle, hvor elektronerne let kan rejse, og om, hvor, hvornår og hvorfor de sidder fast. Denne information er afgørende for at finde bedre kombinationer af innovative materialer.

Undersøgelsen, offentliggjort i The Journal of Physical Chemistry Letters , demonstrerer et nyt eksperimentelt værktøj, der kan følge elektroner, der rejser mellem molekyler og nanopartikler, der omdanner sollys til elektricitet eller brændstoffer. Det viser sig, at et meget almindeligt nanopartikelmateriale, zinkoxid, først stopper elektronerne i et stykke tid. Materialet lader derefter elektronerne bevæge sig langs kun selve overfladen af ​​nanopartiklerne. Dette gør det sandsynligt, at ladningerne kan blive væk eller kan beskadige nanopartikelmaterialet. Ideelt set bør ladninger rejse uden pause og lige gennem nanopartiklerne. Evnen til at afsløre disse flaskehalse for elektronrejser vil hjælpe forskere med at designe bedre materialer til at omdanne sollys til andre former for energi.

For at omdanne sollys til elektricitet eller brændstof skal et materiale absorbere lyset og lede lysenergien til elektroner. Dernæst skal elektronerne bevæge sig rundt for at danne en strøm eller muliggøre kemiske reaktioner. En måde at opnå begge trin på er at bruge molekyler, der er meget gode til at fange sollys og vedhæfte dem til substrater, der er meget gode til at flytte elektroner rundt. Forskere vidste tidligere, at elektroner kunne bevæge sig rundt inde i materialet zinkoxid meget lettere end i mange andre materialer. På trods af dette faktum ville elektroder lavet af zinkoxid ikke fungere så godt som elektroder lavet af andre materialer. Hvad sker der?

Ved at bruge en teknik kaldet tidsopløst røntgenfotoelektronspektroskopi ved Advanced Light Source, en Department of Energy (DOE) Office of Science brugerfacilitet, er forskere nu i stand til at følge elektronernes vej fra molekylerne til substraterne og tilbage . De fandt ud af, at elektronerne sidder fast i lang tid mellem molekylerne og zinkoxidet. Når elektronerne endelig springer, bliver materialet ved med at skubbe dem mod substratoverfladen. Der bliver elektronerne lettere fanget, end hvis de var i stand til at rejse lige gennem substratmassen. Denne undersøgelse hjælper med at forklare, hvorfor zinkoxidsubstrater ikke virker så godt som håbet. Det giver også en ny testordning for fremtidige materialer. + Udforsk yderligere

Organisk farvestof i zinkoxidmellemlag stabiliserer og øger ydeevnen af ​​organiske solceller