纳米新闻:剑桥和布里斯托尔大学的科学家,已经找到了一种吸收光且能量传输是以前报道的20倍的塑料半导体纳米结构的制备方法,该发现为制备更灵活和更高效的太阳能电池和光电探测器铺平了道路。
该研究成果发表在《科学》杂志上(“通过种子包埋法制备的共轭聚合物纳米纤维的长程激子输运”),研究结果发现该种材料可能吸收阳光的光能量,并且能够有效的捕获和利用他们,这种材料或许会成为一个“游戏改变者”。
目前轻质半导体塑料广泛应用于大众市场的电子显示器,例如电话、平板电脑和平板电视。然而,利用这些材料将太阳光转换成电能来制造太阳能电池要比想象的复杂得多。
当光的光子被半导体材料吸收时,光激发态需要移动来使它们在失去能量之前被“捕获”。通常这些激发态粒子在塑料(或聚合物)半导体中传播距离约10纳米,因此研究人员需要在纳米尺度上构建微小结构,以最大化“捕获”它。
Dr Xu-Hui和布里斯托大学的同事开发了一种利用聚合物制造高度有序的晶体半导体结构的新方法。
剑桥卡文迪许实验室的Dr Michael Price测得光激发态跃迁的距离可以达到200纳米,是先前可能的20多倍。
200纳米具有重要的意义,因为它比完全吸收环境光所需的材料的厚度还要大,使得这些聚合物更适合作为太阳能电池和光电探测器的“光收集器”。
来自布里斯托大学的合作者George Whittell博士说:“效率的提高实际上有两个原因:第一,高能粒子的进一步传输使得获得它们更容易,第二,我们现在的结合层大约100纳米厚,这是吸收光中所有能量所需的最小厚度,即所谓的光学吸收深度,以前,在如此厚的层中,粒子不能远距离传输到达表面。”
剑桥卡文迪许实验室的Richard Friend教授和圣约翰学院的一位同事说:“这些材料中能量可移动的距离是一个巨大的惊喜,指明了在量子相干传输过程意想不到的作用”。
研究小组现在计划制备比当前研究更厚且大于光学吸收深度的结构,基于该技术来建立太阳能电池雏形。
他们还制备了其他能够利用光进行化学反应的结构,例如光解水产氢产氧。