Wetenschappers van de universiteiten van Bristol en Cambridge hebben een manier gevonden om polymere halfgeleider-nanostructuren te maken die licht absorberen en de energie ervan verder transporteren dan eerder werd waargenomen.

Dit zou de weg kunnen banen voor flexibelere en efficiëntere zonnecellen en fotodetectoren.

De onderzoekers, wiens werk in het tijdschrift verschijnt Wetenschap , zeggen dat hun bevindingen een "game changer" kunnen zijn door de energie van zonlicht die in deze materialen wordt geabsorbeerd, efficiënter te laten vangen en te gebruiken.

Lichtgewicht halfgeleidende kunststoffen worden nu veel gebruikt in elektronische displays voor de massamarkt, zoals die in telefoons, tablets en flatscreen-tv's. Echter, deze materialen gebruiken om zonlicht om te zetten in elektriciteit, zonnecellen maken, is veel complexer.

De foto-opgewonden toestanden - dat is wanneer fotonen van licht worden geabsorbeerd door het halfgeleidende materiaal - moeten bewegen zodat ze kunnen worden "geoogst" voordat ze hun energie op minder bruikbare manieren verliezen. Deze excitaties reizen doorgaans slechts ca. 10 nanometer in polymere halfgeleiders, waardoor de constructie van structuren met een patroon op deze lengteschaal nodig is om de "oogst" te maximaliseren.

In de scheikundelaboratoria van de Universiteit van Bristol, Dr. Xu-Hui Jin en collega's ontwikkelden een nieuwe manier om sterk geordende kristallijne halfgeleidende structuren te maken met behulp van polymeren.

In het Cavendish-laboratorium in Cambridge, Dr. Michael Price heeft de afstand gemeten die de foto-exit staten kunnen afleggen, die afstanden van 200 nanometer bereikte, 20 keer verder dan voorheen mogelijk was.

200 nanometer is vooral belangrijk omdat het groter is dan de materiaaldikte die nodig is om omgevingslicht volledig te absorberen, waardoor deze polymeren geschikter zijn als "lichtoogsters" voor zonnecellen en fotodetectoren.

Dr. George Whittell van Bristol's School of Chemistry, legt uit:"De winst in efficiëntie zou eigenlijk twee redenen hebben:ten eerste, omdat de energetische deeltjes verder reizen, ze zijn gemakkelijker te "oogsten", en ten tweede, we kunnen nu lagen van ca. 100 nanometer dik, dat is de minimale dikte die nodig is om alle energie van licht te absorberen - de zogenaamde optische absorptiediepte. Eerder, in lagen zo dik, de deeltjes konden niet ver genoeg reizen om de oppervlakken te bereiken."

Mede-onderzoeker prof.dr. Richard Friend, uit Cambridge, toegevoegd:"De afstand die energie kan worden verplaatst in deze materialen komt als een grote verrassing en wijst op de rol van onverwachte quantum coherente transportprocessen."

Het onderzoeksteam is nu van plan om structuren voor te bereiden die dikker zijn dan die in de huidige studie en groter dan de optische absorptiediepte, met het oog op het bouwen van prototype zonnecellen op basis van deze technologie.

Ze bereiden ook andere structuren voor die licht kunnen gebruiken om chemische reacties uit te voeren, zoals de splitsing van water in waterstof en zuurstof.