(PhysOrg.com) -- Wetenschappers van het Brookhaven National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) en het Los Alamos National Laboratory hebben transparante dunne films gefabriceerd die licht kunnen absorberen en elektrische lading kunnen genereren over een relatief groot gebied. Het materiaal, beschreven in het journaal Chemie van materialen , kunnen worden gebruikt om transparante zonnepanelen of zelfs ramen te ontwikkelen die zonne-energie absorberen om elektriciteit op te wekken.

Het materiaal bestaat uit een halfgeleidend polymeer gedoteerd met koolstofrijke fullerenen. Onder zorgvuldig gecontroleerde omstandigheden, het materiaal assembleert zichzelf om een ​​reproduceerbaar patroon van zeshoekige cellen van microngrootte te vormen over een relatief groot gebied (tot enkele millimeters).

"Hoewel dergelijke dunne films met een honingraatpatroon eerder zijn gemaakt met conventionele polymeren zoals polystyreen, dit is het eerste rapport van een dergelijk materiaal dat halfgeleiders en fullerenen combineert om licht te absorberen en efficiënt lading en ladingsscheiding te genereren, " zei hoofdwetenschapper Mircea Cotlet, een fysisch chemicus bij Brookhaven's Centre for Functional Nanomaterials.

Verder, het materiaal blijft grotendeels transparant omdat de polymeerketens alleen aan de randen van de zeshoeken dicht opeengepakt zijn, terwijl het losjes verpakt blijft en heel dun over de centra wordt verspreid. "De dicht opeengepakte randen absorberen sterk licht en kunnen ook het geleiden van elektriciteit vergemakkelijken, " legde Cotlet uit, "terwijl de centra niet veel licht absorberen en relatief transparant zijn."

"Het combineren van deze eigenschappen en het bereiken van grootschalige patronen kan een breed scala aan praktische toepassingen mogelijk maken, zoals energieopwekkende zonnepanelen, transparante zonnepanelen, en nieuwe soorten optische displays, " zei co-auteur Zhihua Xu, een materiaalwetenschapper bij de CFN.

"Stel je een huis voor met ramen van dit soort materiaal, die, gecombineerd met een zonnedak, haar elektriciteitskosten aanzienlijk zou verlagen. Dit is best spannend, ' zei Colet.

De wetenschappers vervaardigden de dunne honingraatfilms door een stroom van waterdruppeltjes ter grootte van een micrometer over een dunne laag van de polymeer/fullereen-mengseloplossing te creëren. Deze waterdruppels assembleerden zichzelf tot grote reeksen in de polymeeroplossing. Als het oplosmiddel volledig verdampt, het polymeer vormt een hexagonaal honingraatpatroon over een groot gebied.

"Dit is een kosteneffectieve methode, met potentieel om te worden opgeschaald van het laboratorium naar productie op industriële schaal, ' zei Xu.

De wetenschappers hebben de uniformiteit van de honingraatstructuur geverifieerd met verschillende scansonde- en elektronenmicroscopietechnieken, en testten de optische eigenschappen en ladingsgeneratie op verschillende delen van de honingraatstructuur (randen, centra, en knooppunten waar individuele cellen verbinding maken) met behulp van in de tijd opgeloste confocale fluorescentiemicroscopie.

De wetenschappers ontdekten ook dat de mate van polymeerverpakking werd bepaald door de snelheid van verdamping van het oplosmiddel, die op zijn beurt de snelheid van het ladingstransport door het materiaal bepaalt.

"Hoe langzamer het oplosmiddel verdampt, hoe dichter het polymeer is verpakt, en hoe beter het ladingstransport, ' zei Colet.

"Ons werk biedt een dieper inzicht in de optische eigenschappen van de honingraatstructuur. De volgende stap zal zijn om deze dunne honingraatfilms te gebruiken om transparante en flexibele organische zonnecellen en andere apparaten te fabriceren, " hij zei.