Natuurkundigen aan de Universiteit van Umeå hebben, samen met onderzoekers van UC Berkeley, VS, ontwikkelde een methode om een ​​uniek en nieuw type materiaal te synthetiseren dat lijkt op een grafeen nanoribbon, maar in moleculaire vorm. Dit materiaal kan van belang zijn voor de verdere ontwikkeling van organische zonnecellen. De resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift ACS Nano .

De nanoribbons bestaan ​​uit moleculen met de chemische formule [6, 6]-fenyl-C61-boterzuurmethylester. In het kort wordt het PCBM genoemd, en in de praktijk is het een fullereenmolecuul (een voetbalvormig koolstofmolecuul) met een bevestigde zijarm om de oplosbaarheid te vergroten. PCBM-moleculen worden vaak gebruikt in organische zonnecellen omdat ze een zeer goed vermogen hebben om vrije elektronen te transporteren die worden "gegenereerd" door zonnelicht.

De onderzoekers van Umeå University en UC Berkeley hebben nu een methode ontwikkeld om dergelijke moleculen in dunne, kristallijne nanolinten die slechts vier nanometer breed zijn. De nanoribbons worden gekweekt in een oplossingsproces met een vrij hoog rendement en alle nanoribbons hebben een unieke morfologie met randen in een zigzag.

"Het is een zeer intrigerend materiaal en de methode is vrij eenvoudig. Het materiaal lijkt op de meer algemeen bekende grafeen nanoribbons, maar in ons materiaal wordt elk koolstofatoom 'vervangen' door een molecuul, " zegt Thomas Wågberg, universitair hoofddocent bij de afdeling Natuurkunde, wie de studie heeft geleid.

De bevindingen zijn om verschillende redenen interessant; het is de eerste keer dat structuren met zo kleine afmetingen zijn gemaakt met dit type molecuul, en de afmetingen van de nanolinten suggereren dat ze ideaal zouden moeten zijn als "elektronische snelwegen" in organische zonnecellen. Een organische zonnecel bestaat meestal uit twee soorten materiaal, een die de elektronen geleidt en een die de "gaten" geleidt die achterblijven wanneer het elektron een energieboost krijgt van het invallende zonlicht (je kunt het transport van "gat" zien als een lege ruimte in het verkeer dat achteruit beweegt in een verkeer wachtrij naar voren).

Een elektronengeleider in organische zonnecellen zou idealiter lange paden naar de elektrode moeten vormen, maar tegelijkertijd dunner zijn dan 10-15 nanometer (ongeveer 10, 000 keer dunner dan een normaal haar). De nieuw ontwikkelde PCBM nanoribbons voldoen aan al deze eisen.

"Samen met de groep van professor Ludvig Edman aan de afdeling Natuurkunde aan de Universiteit van Umeå, we onderzoeken dit materiaal nu verder als een potentiële component in organische zonnecellen in de hoop dergelijke apparaten efficiënter te maken, ", zegt Thomas Wågberg.

Onze studie is natuurlijk ook interessant om fundamentele redenen omdat het mogelijkheden opent om belangrijke fysische eigenschappen van moleculaire materialen met nanoschaaldimensies te onderzoeken.

Over nanolinten:

Koolstof nanostructuren bestaan ​​in veel verschillende vormen. Grafeen is een enkele laag koolstofatomen, die onder bepaalde omstandigheden in nanolinten kunnen worden "gescheurd". Door de afname van de afmetingen langs één richting, de grafeen nanoribbons vertonen veel unieke eigenschappen. Fullerenen daarentegen zijn voetbalvormige moleculen die ook zijn opgebouwd uit koolstofatomen, terwijl PCBM fullereenachtige moleculen zijn met verschillende interessante eigenschappen en een bijgevoegde zijarm om hun oplosbaarheid te vergroten. In de huidige studie zijn de onderzoekers in staat geweest om nanoribbons te construeren die PCBM-moleculen bevatten in plaats van koolstofatomen, zodat de structuur in moleculaire vorm sterk lijkt op een grafeen nanoribbon.