Fotovoltaika zo samozostavujúcich sa supramolekulárnych sietí

Technická univerzita v Mníchove

Obrázok skenovacieho tunelového mikroskopu je položený na pravom obrazovom poli pomocou modelu atómovej štruktúry. CA Palma / TUM
čítať nahlas

Organické fotovoltaické systémy sú mnohými považované za vstup do lacnejšej výroby energie. Jednou z výziev, ktoré je ešte potrebné vyriešiť, je nízky počet tenkých vrstiev na elektródach. Tím vedcov z Technickej univerzity v Mníchove (TUM) predstavuje nový prístup: Na grafénových povrchoch vybudovali fotoaktívne vrstvy samoorganizujúcich sa molekulárnych sietí. Výsledky ich výskumu otvárajú zaujímavé nové možnosti výroby optoelektronických komponentov s molekulárnou presnosťou.

Príroda je neprekonateľná pri budovaní samoorganizujúcich sa komplexných molekulárnych strojov. To môže absorbovať svetlo a tým oddeliť náboje a prenášať elektróny. Nanotechnológovia dlho snívali o napodobňovaní týchto biomolekulárnych štruktúr a ich využívaní na nákladovo efektívnu výrobu energie.

Vedci z Fakulty fyziky a chémie Technickej univerzity v Mníchove, Inštitútu Maxa Plancka pre výskum polymérov (MPI-P) a Université de Strasbourg (UdS) už modifikovali molekuly farbív tak, aby ich bolo možné použiť ako stavebné kamene pre samoorganizáciu molekulárnych sietí.

Na atómovo hladkom povrchu grafénovej vrstvy na diamante molekuly tvoria cieľovú architektúru samy osebe, podobné bielkovinám alebo v nanotechnológii DNA. Jedinou hnacou silou sú vstavané supramolekulové interakcie založené na vodíkových väzbách. Ako sa očakávalo, hotové siete počas expozície vyrábali elektrinu.

Od umenia k aplikácii

„Po dlhú dobu sa samoorganizujúce sa molekulárne architektúry považovali skôr za umenie, “ hovorí PD. Friedrich Esch, jeden z autorov diela. „V tejto publikácii uvádzame po prvýkrát vážne praktické použitie tejto technológie.“ Displej

„Pre konvenčnú organickú fotovoltaiku je zlepšenie molekulárneho poriadku stále výzvou. Na druhej strane, sada nástrojov pre nanotechnológie nám ponúka schopnosť predurčiť usporiadanie stavebných blokov vrstvy atómovo, “hovorí Dr. Carlos-Andres Palma, ktorý dohliadal na experimenty. „Fyzikálno-chemická kontrola komponentov nám poskytuje ďalšie páky na optimalizáciu funkcie.“

Vedci teraz pracujú na tom, aby boli schopní pokryť ešte väčšie plochy a reprodukovať fotovoltaické vlastnosti za štandardných podmienok. „Od samoskladateľných vrstiev farbív interkalovaných medzi dvojrozmernými grafénovými elektródami očakávame jednoduché zväčšenie smerom k efektívnejším fotovoltaickým prvkom, “ Dr. Palma. „Naše vrstvy sa stávajú možnosťou solárnej technológie.“

Dokonalá interakcia chémie a fyziky

Ako molekula fotoaktívneho farbiva vedec používa terrylén diimid. Trivalentný melamín spája predĺžené diimidové molekuly do sietí. Presnú štruktúru týchto architektúr určujú chemici prostredníctvom predtým vložených bočných skupín terryléndiimidu.

„Táto práca je vynikajúcim príkladom interdisciplinárnej spolupráce, ktorú sme predpokladali pri zriadení Výskumného centra katalýzy, perfektnej kombinácie chémie a fyziky, “ hovorí profesor Ulrich Heiz, riaditeľ Ústredného ústavu pre výskum katalýzy na TU M nchen.

Ďalšie informácie:

Nature Communications, 2016; doi: 10, 1038 / ncomms10815

(TU Mníchov, 02.03.2016 - KSA)