Новые наноматериалы сделают сбор солнечной энергии более доступным и эффективным. Ранние исследования показали, что с их помощью можно повысить теоретическую эффективность фотоэлектрических элементов до 44%, а также продлить срок службы собираемых электронных зарядов.
Солнечные лучи являются мощным и чистым источником энергии, который становится все более востребованным, так как мир стремится избавиться от причин глобального потепления. Однако современные методы сбора энергии солнца дорогие и неэффективные — теоретический предел КПД составляет 33%.
Новейшие наноматериалы, созданные исследователями при Центре передовых научных исследований (ASRC) в нью-йоркском Аспирантском центре Городского университета (CUNY), могли бы обеспечить более эффективный и простой материал для сбора солнечной энергии. Для этого учеными был использован процесс синглетного деления, для производства и продления срока службы электронов, производимых светом.
Ранние исследования показали, что данные материалы способны генерировать более полезные заряды и тем самым сделать выше теоретическую эффективность фотоэлектрических элементов на уровне 44%.
— Мы модифицировали некоторые молекулы в широко применяемых промышленных красителях для создания самоорганизующихся материалов, которые способствуют большему выходу собираемых электронов и продлевают «жизнь» электронов в состоянии возбуждения, давая нам больше времени для их сбора в солнечном элементе, — сказал Эндрю Левин, ведущий автор статьи и доктор философии.
Левин отметил, что процесс самосборки приводит к тому, что молекулы красителя упорядочиваются определенным образом. Это дает возможность красителям, которые поглощают солнечные фотоны, соединяться и обмениваться энергией с соседними красителями или возбуждать их. Затем электроны в этих красителях отделяются, и их можно собирать в виде солнечной энергии.
Для разработки материалов ученые соединили разные варианты двух распространенных фабричных красителей — дикетопирролопиррола и рилена. Это привело к образованию 6 самоорганизующихся надстроек, которые исследовали с помощью электронной микроскопии и спектроскопии. Они выяснили, что каждая комбинация обладала небольшими различиями в геометрии, которые влияли на возбужденные состояния красителей, возникновение синглетного деления, а также продолжительность жизни и выход электронов.
По словам исследователей, способность материалов самособираться может также уменьшить время, нужное на создание коммерчески доступных и более эффективных фотоэлементов чем те, которые создаются при молекулярном синтезе.