Onderzoekers van Columbia University hebben een manier ontwikkeld om meer energie uit singlet-splijting te halen om de efficiëntie van zonnecellen te verhogen. een hulpmiddel bieden om de ontwikkeling van apparaten van de volgende generatie vooruit te helpen.

In een studie die deze maand is gepubliceerd in Natuurchemie , het team beschrijft het ontwerp van organische moleculen die in staat zijn om twee excitonen per foton van licht te genereren, een proces dat singlet-splijting wordt genoemd. De excitonen worden snel geproduceerd en kunnen veel langer leven dan die gegenereerd door hun anorganische tegenhangers, wat leidt tot een versterking van de opgewekte elektriciteit per foton dat wordt geabsorbeerd door een zonnecel.

"We hebben een nieuwe ontwerpregel ontwikkeld voor singlet-splijtingsmaterialen, " zei Luis Campos, een universitair hoofddocent scheikunde en een van de drie hoofdonderzoekers van het onderzoek. "Dit heeft ertoe geleid dat we tot nu toe de meest efficiënte en technologisch bruikbare intramoleculaire singlet-splijtingsmaterialen hebben ontwikkeld. Deze verbeteringen zullen de deur openen voor efficiëntere zonnecellen."

Alle moderne zonnepanelen werken volgens hetzelfde proces:één foton van licht genereert één exciton, Campos uitgelegd. Het exciton kan dan worden omgezet in elektrische stroom. Echter, er zijn enkele moleculen die kunnen worden geïmplementeerd in zonnecellen die het vermogen hebben om twee excitonen te genereren uit een enkel foton - een proces dat singlet-splijting wordt genoemd. Deze zonnecellen vormen de basis voor apparaten van de volgende generatie, die nog in de kinderschoenen staan. Een van de grootste uitdagingen bij het werken met dergelijke moleculen, Hoewel, is dat de twee excitonen gedurende zeer korte perioden "leven" (tientallen nanoseconden), waardoor het moeilijk is om ze te oogsten als een vorm van elektriciteit.

In de huidige studie, gedeeltelijk gefinancierd door het Office of Naval Research, Campos en collega's ontwierpen organische moleculen die snel twee excitonen kunnen genereren die veel langer leven dan de state-of-the-art systemen. Het is een vooruitgang die niet alleen kan worden gebruikt in de productie van zonne-energie van de volgende generatie, maar ook in fotokatalytische processen in de chemie, sensoren, en beeldvorming, Campos uitgelegd, omdat deze excitonen kunnen worden gebruikt om chemische reacties te initiëren, die vervolgens door de industrie kunnen worden gebruikt om medicijnen te maken, kunststoffen, en vele andere soorten consumentenchemicaliën.

"Intramoleculaire singlet-splijting is aangetoond door onze groep en anderen, maar de resulterende excitonen werden ofwel heel langzaam gegenereerd, of ze zouden niet lang meegaan, " zei Campos. "Dit werk is het eerste dat aantoont dat singlet-splijting snel twee excitonen kan genereren die zeer lang kunnen leven. Dit opent de deur om fundamenteel te bestuderen hoe deze excitonen zich gedragen als ze op individuele moleculen zitten. en ook om te begrijpen hoe ze efficiënt kunnen worden gebruikt in apparaten die profiteren van lichtversterkte signalen."

De ontwerpstrategie van het team zou ook nuttig moeten zijn in afzonderlijke gebieden van wetenschappelijk onderzoek en vele andere, nog onvoorstelbare toepassingen hebben, hij voegde toe.