Los rayos solares son una fuente de energía limpia y abundante que se está volviendo cada vez más importante a medida que el mundo trabaja para alejarse de las fuentes de energía que contribuyen al calentamiento global. Pero los métodos actuales para recolectar cargas solares son costosos e ineficientes, con una eficiencia teóricalímite del 33 por ciento. Los nuevos nanomateriales desarrollados por investigadores del Centro de Investigación Científica Avanzada ASRC en el Centro de Graduados de la Universidad de la Ciudad de Nueva York CUNY podrían proporcionar un camino hacia una recolección de energía solar más eficiente y potencialmente asequible.
Los materiales, creados por científicos con la Iniciativa de Nanociencia de la ASRC, utilizan un proceso llamado fisión singlete para producir y extender la vida útil de los electrones generados por luz recolectables. El descubrimiento se describe en un artículo recientemente publicado en Revista de química física . Las primeras investigaciones sugieren que estos materiales podrían crear cargas más utilizables y aumentar la eficiencia teórica de las células solares hasta en un 44 por ciento.
"Modificamos algunas de las moléculas en tintes industriales de uso común para crear materiales de autoensamblaje que faciliten un mayor rendimiento de electrones recolectables y extiendan la vida útil de los electrones en estado excitado, dándonos más tiempo para recolectarlos en una celda solar,", dijo Andrew Levine, autor principal del artículo y estudiante de doctorado en The Graduate Center.
El proceso de autoensamblaje, explicó Levine, hace que las moléculas de tinte se apilen de una manera particular. Este apilamiento permite que los tintes que han absorbido fotones solares se acoplen y compartan energía con tintes vecinos, o "exciten". Los electronesen estos tintes luego se desacoplan para que puedan recolectarse como energía solar cosechable.
Metodología y hallazgos
Para desarrollar los materiales, los investigadores combinaron varias versiones de dos colorantes industriales de uso frecuente: dicetopirrolopirrol DPP y rileno. Esto dio como resultado la formación de seis superestructuras autoensamblables, que los científicos investigaron mediante microscopía electrónica y espectroscopía avanzada. Encontraronque cada combinación tenía diferencias sutiles en la geometría que afectaban los estados excitados de los tintes, la ocurrencia de la fisión singlete y el rendimiento y la vida útil de los electrones cosechables. Importancia
"Este trabajo nos proporciona una biblioteca de nanomateriales que podemos estudiar para recolectar energía solar", dijo el profesor Adam Braunschweig, investigador principal del estudio y profesor asociado de la Iniciativa de Nanociencia de ASRC y los Departamentos de Química de Hunter College y TheGraduate Center. "Nuestro método para combinar los tintes en materiales funcionales mediante el autoensamblaje significa que podemos ajustar cuidadosamente sus propiedades y aumentar la eficiencia del proceso crítico de recolección de luz".
La capacidad de los materiales para autoensamblarse también podría acortar el tiempo para crear células solares comercialmente viables, dijeron los investigadores, y resultar más asequible que los métodos de fabricación actuales, que se basan en el proceso de síntesis molecular que consume mucho tiempo.
El próximo desafío del equipo de investigación es desarrollar un método para recolectar las cargas solares creadas por sus nuevos nanomateriales. Actualmente, están trabajando para diseñar una molécula de rileno que pueda aceptar el electrón de la molécula DPP después del proceso de fisión singlete. Si tiene éxito, estos materiales iniciarían el proceso de fisión singlete y facilitarían la transferencia de carga a una célula solar.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Centro de investigación científica avanzada, GC / CUNY . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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