(PhysOrg.com) -- Zonnecellen gemaakt van organische materialen zijn goedkoop, lichtgewicht en flexibel, maar hun prestaties blijven achter bij cellen die silicium of andere anorganische materialen bevatten. Cornell-chemicus William Dichtel en collega's hebben een manier gevonden om geordende organische films te synthetiseren die een belangrijke stap kunnen zijn in de richting van het oplossen van dit probleem.

Het is de eerste keer dat onderzoekers materialen die bekend staan ​​als covalente organische raamwerken (COF's) uit hun gebruikelijke poedervorm kunnen overhalen tot vlakke platen van nauwkeurig geordende moleculen op een geleidend oppervlak. Dat neemt een grote hindernis weg voor het gebruik van COF's om de duurdere, minder veelzijdige materialen die tegenwoordig in zonnecellen en andere elektronica worden gebruikt.

Het onderzoek verschijnt in het nummer van 8 april van: Wetenschap .

COF's hebben een verscheidenheid aan eigenschappen die niet worden gevonden in traditionele organische polymeren, inclusief uitstekende thermische stabiliteit, groot oppervlak en permanente porositeit. Maar hoewel onderzoekers ze hebben geïdentificeerd als intrigerende kandidaten voor dergelijke apparaten, ze zijn verlamd door het feit dat de materialen normaal alleen bestaan ​​als onoplosbare poeders.

Dichtel, universitair docent scheikunde en chemische biologie, en collega's ontwikkelden een eenvoudig proces voor het kweken van dunne (25-400 nanometer dikke) films van COF's op een oppervlak van grafeen, een enkel atoom dik vel koolstof. Ze gebruikten röntgendiffractie bij de Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS) om de structuur en oriëntatie van de materialen te bepalen. De COF's groeien als continue films van goed geordende, gestapelde lagen op de grafeenoppervlakken.

In tegenstelling tot de poedervorm, de films die op transparante oppervlakken zijn gegroeid, kunnen worden gesondeerd met behulp van moderne optische metingen. Onderzoekers kunnen ook de eigenschappen van de raamwerken variëren door de structuur van hun componenten te veranderen.

"Deze materialen zijn zo veelzijdig -- we kunnen de eigenschappen rationeel afstemmen, in plaats van te vertrouwen op moleculen om onvoorspelbaar in films te verpakken, ' zei Dichtel.

Laten zien, de onderzoekers creëerden drie varianten van de kaders. Van de drie, één is veelbelovend voor zonnecellen -- het maakt gebruik van moleculen die ftalocyanines worden genoemd, die vaak worden aangetroffen in industriële kleurstoffen die worden gebruikt in producten van spijkerbroeken tot inktpennen.

ftalocyanines, die verwant zijn aan chlorofyl, licht absorberen over het grootste deel van het zonnespectrum -- een zeldzame eigenschap voor een enkel organisch materiaal.

"Het verkrijgen van deze materialen als films op elektrodematerialen is een grote stap in de richting van het bestuderen en gebruiken ervan in apparaten, " Zei Dichtel. "Deze methode vertegenwoordigt een algemene manier om moleculen voorspelbaar te assembleren op oppervlakken. Dit werk opent de deur om deze materialen in vele andere richtingen te brengen."