I raggi solari sono abbondanti, fonte di energia pulita che sta diventando sempre più importante mentre il mondo lavora per allontanarsi da fonti di energia che contribuiscono al riscaldamento globale. Ma gli attuali metodi di raccolta delle cariche solari sono costosi e inefficienti, con un limite di efficienza teorica del 33%. I nuovi nanomateriali sviluppati dai ricercatori dell'Advanced Science Research Center (ASRC) presso il Graduate Center della City University of New York (CUNY) potrebbero fornire un percorso verso una raccolta più efficiente e potenzialmente conveniente dell'energia solare.

I materiali, creato da scienziati con la Nanoscience Initiative dell'ASRC, utilizzare un processo chiamato fissione singoletto per produrre ed estendere la vita degli elettroni generati dalla luce raccolti. La scoperta è descritta in un articolo appena pubblicato nel Giornale di chimica fisica . Le prime ricerche suggeriscono che questi materiali potrebbero creare più cariche utilizzabili e aumentare l'efficienza teorica delle celle solari fino al 44%.

"Abbiamo modificato alcune delle molecole nei coloranti industriali comunemente usati per creare materiali autoassemblanti che facilitano una maggiore resa di elettroni raccoglibili ed estendono la vita degli elettroni allo stato eccitato, dandoci più tempo per raccoglierli in una cella solare, " ha detto Andrew Levine, autore principale dell'articolo e un dottorato di ricerca. studente presso The Graduate Center.

Il processo di autoassemblaggio, Levine ha spiegato, fa sì che le molecole di colorante si impilano in un modo particolare. Questo impilamento consente ai coloranti che hanno assorbito i fotoni solari di accoppiarsi e condividere l'energia con i coloranti vicini, o "eccitarli". Gli elettroni in questi coloranti quindi si disaccoppiano in modo che possano essere raccolti come energia solare raccoglibile.

Metodologia e risultati

Per sviluppare i materiali, i ricercatori hanno combinato varie versioni di due coloranti industriali di uso frequente:il dichetopirrolopirrolo (DPP) e il rylene. Ciò ha portato alla formazione di sei sovrastrutture autoassemblanti, che gli scienziati hanno studiato utilizzando la microscopia elettronica e la spettroscopia avanzata. Hanno scoperto che ogni combinazione aveva sottili differenze nella geometria che influenzavano gli stati eccitati dei coloranti, il verificarsi di fissione singoletto, e la resa e la durata degli elettroni raccoglibili. Significato

"Questo lavoro ci fornisce una libreria di nanomateriali che possiamo studiare per raccogliere energia solare, " ha detto il professor Adam Braunschweig, ricercatore capo dello studio e professore associato presso l'ASRC Nanoscience Initiative e i dipartimenti di chimica dell'Hunter College e del Graduate Center. "Il nostro metodo per combinare i coloranti in materiali funzionali utilizzando l'autoassemblaggio significa che possiamo mettere a punto con attenzione le loro proprietà e aumentare l'efficienza del processo critico di raccolta della luce".

La capacità dei materiali di autoassemblarsi potrebbe anche ridurre i tempi per la creazione di celle solari commercialmente valide, hanno detto i ricercatori, e si dimostrano più convenienti rispetto agli attuali metodi di fabbricazione, che si basano sul lungo processo di sintesi molecolare.

La prossima sfida del team di ricerca è sviluppare un metodo per raccogliere le cariche solari create dai loro nuovi nanomateriali. Attualmente, stanno lavorando per progettare una molecola di rilene che possa accettare l'elettrone dalla molecola DPP dopo il processo di fissione singoletto. In caso di successo, questi materiali avvierebbero sia il processo di fissione del singoletto che faciliterebbero il trasferimento di carica in una cella solare.