太阳射线是丰富，清洁的能源，随着世界努力摆脱造成全球变暖的能源，太阳射线变得越来越重要。但是目前收集太阳能电荷的方法昂贵且效率低下-理论效率极限为33%。纽约城市大学研究生中心(CUNY)的高级科学研究中心(ASRC)的研究人员开发的新型纳米材料可以提供一条途径，以更有效地，以潜在的负担得起的方式收集太阳能。
这种材料是由科学家根据ASRC的纳米科学计划(Nanoscience Initiative)创建的，使用一种称为单重态裂变的过程来产生并延长可收获的光生电子的寿命。这一发现在《物理化学杂志》上发表的一篇论文中进行了描述。早期的研究表明，这些材料可以产生更多可用的电荷，并将太阳能电池的理论效率提高多达44%。
“我们对常用工业染料中的某些分子进行了修饰，以创造自组装材料，这些材料可提高可收获电子的产量并延长电子的xcited-state寿命，从而使我们有更多时间将其收集在太阳能电池中，”他说。该论文的主要作者和博士学位的安德鲁·莱文(Andrew Levine)研究生中心的学生。
莱文解释说，自组装过程使染料分子以特定方式堆积。这种堆叠使吸收了太阳光子的染料与相邻的染料耦合并共享能量(或“激发”)。这些染料中的电子然后解耦，以便可以将其收集为可收获的太阳能。
方法和发现
为了开发这种材料，研究人员结合了两种常用工业染料的不同版本-二酮吡咯并吡咯(DPP)和萘嵌苯。这导致形成六个自组装的上层建筑，科学家使用电子显微镜和先进的光谱学对其进行了研究。他们发现每种组合的几何形状都有细微的差异，这些差异会影响染料的激发态，单线裂变的发生以及可收获电子的产量和寿命。意义
这项研究的首席研究员，ASRC纳米科学计划以及亨特学院和研究生中心化学系的副教授亚当·布劳伦斯威格教授说：“这项工作为我们提供了一个可以研究以收集太阳能的纳米材料库。” 。“我们使用自组装将染料结合到功能材料中的方法意味着我们可以仔细调整它们的特性，并提高关键的光收集过程的效率。”
研究人员说，这种材料的自组装能力还可以缩短制造商业上可行的太阳能电池的时间，并且比目前依靠分子合成的费时过程的制造方法更实惠。
研究团队的下一个挑战是开发一种收集由其新的纳米材料产生的太阳电荷的方法。目前，他们正在设计一种能够在单线态裂变过程之后接受来自DPP分子的电子的萘嵌苯分子。如果成功的话，这些材料将同时引发单线裂变过程并促进电荷转移到太阳能电池中。