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纽约研究人员开发了用于太阳能技术的自组装纳米材料

纽约研究人员开发了用于太阳能技术的自组装纳米材料。用这些材料制成的光伏电池效率提高了44%。此外,这些电池产生了更多可用的太阳能电荷。

阳光是清洁能源的丰富来源。工业正在从传统的,污染严重的化石燃料能源转向排放零空气污染的太阳能。

现有的收集太阳能电荷的技术花费了很多钱。它们的效率也比化石燃料低。太阳能电池板的最大理论效率仅达到33%。

为了解决太阳能技术的成本和效率问题,纽约城市大学(CUNY)的研究团队研究了该大学纳米科学计划下的纳米技术解决方案。该纳米材料提供了采集太阳能的手段以更高的效率和更好的经济性。

新的纳米材料依赖于单重态裂变,该方法是高能光子将高能单重态激子分裂为两个三重态激子。每个三重态激子包含它们之间原始激子能量的一半。(相关:两种半导体的光催化活性可以利用可见光来“分解水并产生氢”,研究表明。)

研究人员用常见的工业染料制造自组装纳米材料

“我们对常用工业染料中的某些分子进行了修饰,以产生自组装材料,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,”他解释说。美国纽约市立大学研究员安德鲁·莱文。

研究论文的主要作者莱文和他的团队在《物理化学杂志》上发表了他们的发现。他解释说,自组装纳米材料按特定顺序堆叠染料分子以实现其效果。

在堆叠内部,带有从阳光中收集的光子的染料将自身附着在最近的不带电分子上。染料通过分享光子的额外能量来激发其伙伴。被激发的分子散发出电子,这些电子被收集为太阳能。

纽约市立大学的研究人员的工作基于二酮吡咯并吡咯(DPP)和萘二甲酸,这两种染料在各种工业应用中得到了广泛的应用。他们开发了六种组合,组装成上层建筑。

染料基纳米材料的电子显微镜和高级光谱分析揭示了不同超结构之间的几何差异。这些微小但重要的差异改变了DPP分子的激发态,并影响了激子之间发生单重态裂变的机会。这些变化也影响了染料分子释放的电子的数量和寿命。

由自组装纳米材料制成的太阳能电池将更便宜且制造更快

“这项工作为我们提供了一个纳米材料库,我们可以对其进行研究以收集太阳能。”纽约市立大学的研究员亚当·布伦瑞克(Adam Braunschweig)表示,该研究的主要研究人员之一与莱文一起。“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其性能,并提高关键的光收集过程的效率。”

纳米材料自身组装的能力为太阳能技术提供了多个优势。由自组装材料制成的光伏电池需要更少的制造时间,从而节省了时间和能源。

相比之下,用于制造太阳能电池的现有技术使用分子合成。传统方法需要大量时间和精力。

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