Il fotovoltaico organico ha un grande potenziale per produzione di energia solare economicamente vantaggiosa. Una sfida da superare è il cattivo ordinamento degli strati sottili sopra gli elettrodi. Utilizzando l'autoassemblaggio su atomicamente piatto, substrati trasparenti, un team di scienziati dell'Università tecnica di Monaco (TUM) ha progettato monostrati ordinati di reti molecolari con risposte fotovoltaiche. I risultati aprono interessanti possibilità per la fabbricazione dal basso verso l'alto di dispositivi optoelettronici con precisione molecolare.

La natura non ha rivali quando si tratta di autoassemblaggio di complessi, macchinario molecolare ad alte prestazioni per l'assorbimento della luce, Eccitone o separazione di carica e trasferimento di elettroni. I nanotecnologi molecolari sognano da tempo di imitare tali straordinarie architetture biomolecolari e di ricablarle per produrre elettricità a basso costo.

Ora ricercatori dei Dipartimenti di Fisica e Chimica dell'Università Tecnica di Monaco (TUM), dell'Istituto Max-Planck per la ricerca sui polimeri (Magonza, Germania) e l'Università di Strasburgo (Francia) hanno modificato le molecole di colorante in modo tale da consentire loro di fungere da elementi costitutivi di reti molecolari autoassemblanti.

Sulle superfici atomicamente piatte di un substrato di diamante rivestito di grafene, le molecole si autoassemblano nell'architettura bersaglio in un modo simile alle proteine ​​e alla nanotecnologia del DNA. L'unica forza trainante deriva dalle interazioni supramolecolari ingegnerizzate tramite legami idrogeno. Come previsto, la rete molecolare produce una fotocorrente quando esposta alla luce.

Dall'arte all'applicazione

"Per molto tempo le architetture molecolari autoassemblate progettate sono state considerate artistiche, " dice PD Dr. Friedrich Esch, un autore principale dello studio. "Con questa pubblicazione presentiamo per la prima volta una seria implementazione pratica di questa tecnologia".

"Nel fotovoltaico organico convenzionale il miglioramento dell'ordine molecolare è ancora una sfida. Al contrario, la cassetta degli attrezzi delle nanotecnologie ci offre la possibilità di un layout atomicamente preciso dei componenti costituenti a priori, " dice il dottor Carlos-Andres Palma, che ha co-diretto lo studio. "La possibilità di un controllo fisico-chimico completo dei componenti ci fornisce ulteriori viti di fissaggio per l'ottimizzazione funzionale".

Gli scienziati ora sperano di aumentare la configurazione del dispositivo e certificare la risposta fotovoltaica in condizioni standard. "Intercalare coloranti autoassemblati tra pile di elettrodi bidimensionali come il grafene, apre la possibilità di un facile scale-up ad efficienti elementi fotovoltaici monostrato", afferma il Dr. Palma "Questo metterà il nostro lavoro sulla mappa della tecnologia delle celle solari".

Perfetta corrispondenza tra chimica e fisica della superficie

Gli scienziati hanno utilizzato molecole di terrylene-diimmide come coloranti fotoattivi. La rete si forma quando le molecole allungate di terrylene si legano alla melamina trivalente. Scegliendo gruppi laterali adeguati per la terrylene diimmide gli autori dello studio determinano quali architetture si possono formare.

"Questo lavoro è un eccellente esempio della cooperazione interdisciplinare che cerchiamo di avviare con l'istituzione del Centro di ricerca sulla catalisi:un connubio perfetto tra chimica e fisica, "dice il professor Ulrich Heiz, direttore del Centro di ricerca sulla catalisi TUM.