Солнечные технологии: исследователи разрабатывают инновационную систему сбора света

Структурные формулы четырех мероцианиновых красителей (слева), которые образуют новую систему сбора света URPB при сложенном виде (справа).Кредит: Александр Шульц / Университет Вуерзбурга

Чтобы как можно эффективно преобразовать солнечный свет в электричество или другие формы энергии, самый первый шаг-эффективная система сбора света.В идеале это должно быть панхроматическим, то есть поглощать весь спектр видимого света.

Светообогающие антенны растений и бактерий являются моделью для этого.Они захватывают широкий спектр света для фотосинтеза, но очень сложны по структуре и требуют множества различных красителей для передачи энергии поглощенного света и фокусировать его на центральной точке.

Светополучающие системы, разработанные людьми на сегодняшний день, также имеют недостатки:

Хотя неорганические полупроводники, такие как кремний, являются панхроматическими, они только слабо поглощают свет.Чтобы поглощать достаточно энергии света, требуются очень толстые слои кремния в диапазоне микрометров, что делает солнечные элементы относительно громоздкие и тяжелые.

Органические красители, подходящие для солнечных элементов, намного тоньше: толщина их слоя составляет всего около 100 нанометров.Тем не менее, они едва способны поглощать широкий спектральный диапазон и, следовательно, не являются особенно эффективными.

Исследователи в Julius-максимилиях-Universität (JMU) Вюрцбурге в Баварии, Германия, в журнале Chem, представляют инновационную систему сбора света, которая значительно отличается от предыдущих систем.

«Наша система имеет полосовую структуру, аналогичную структуре неорганических полупроводников. Это означает, что она поглощает светломатическую панхроматически по всему видимому диапазону. И использует высокие коэффициенты поглощения органических красителей. В результате он может поглощать большую часть света.Энергия в относительно тонком слое, похожая на естественные системы сбора света »,-говорит профессор химии JMU Фрэнк Вюртнер.

Его команда из Института органической химии / Центра химии наносистем разработала систему легкого уборки в JMU и исследовала ее вместе с группой профессора Тобиаса Брикснера из Института физической и теоретической химии.

Проще говоря, инновационная антенна из Вюрцбурга состоит из четырех различных мероцианиновых красителей, которые сложены и тем самым сложены.Сложное расположение молекул обеспечивает сверхбыстрый и эффективный транспорт энергии в антенне.

Исследователи дали прототип новой системы сбора света название URPB.Буквы стоят за длина волн света, которые поглощаются четырьмя компонентами красителя антенны: U для ультрафиолетового, R для красного, P для фиолетового, B для синего.

Исследователи продемонстрировали, что их новая система сбора света работает так хорошо, измеряя так называемый квантовый выход флуоресценции.Это включает в себя измерение того, сколько энергии излучает система в форме флуоресценции.Это позволяет сделать выводы о количестве световой энергии, которую она ранее собрала.

Результат: система преобразует 38% облученной энергии света в широком спектральном диапазоне в флуоресценцию - четыре красителя, с другой стороны, управляют менее 1% до максимум 3%.Поэтому правильная комбинация и умелое пространственное расположение молекул красителя в стеке имеют большое значение.

More information: Panchromatic Light-Harvesting Antenna by Supramolecular Exciton Band Engineering for Heteromeric Dye Foldamer, Chem (2024). DOI: 10.1016/j.chempr.2024.05.023. www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(24)00245-6 🔗