Science Advances: Найден новый способ увеличить эффективность солнечных батарей

Учёные в области материаловедения и электроники разбираются, как можно расположить молекулы или атомы, чтобы создать материалы с особыми свойствами.

Особенно важны двумерные сборки π-электронных систем, которые располагаются в тонких слоях. Благодаря своему уникальному расположению они подходят для создания солнечных батарей и гибких дисплеев. Однако их производство — сложная задача, так как часто требует специальных конструкций и технологий для каждого типа молекул.

Доцент Томоя Фукуи, профессор Таканори Фукусима из Института науки Токио и профессор Таку Хасобе из Университета Кейо опубликовали исследование в журнале Science Advances. Они предложили упрощённый подход с использованием супрамолекулярных лесов. Эти леса служат шаблонами для сборки различных молекул в двумерные структуры без индивидуальной настройки каждого компонента.

Исследователи использовали триподалтриптицен для создания супрамолекулярного каркаса.

Этот каркас может собираться в двумерную гексагональную структуру, которую можно укладывать друг на друга, создавая «2D + 1D». Между слоями могут помещаться другие молекулы. В предыдущей работе команда добавила фуллерены (C60) в эти слои. В последнем исследовании они показали, что этот каркас также может организовывать плоские хромофоры ацена, помещая пентацен и антрацен между двумя единицами триптицена, формируя две различные самособирающиеся структуры.

Ацены выбрали из-за их способности к синглетному делению (SF). В этом процессе один высокоэнергетический фотон преобразуется в два триплетных экситона с меньшей энергией. Это должно повысить эффективность солнечных батарей за счёт увеличения количества носителей заряда.

Доктор Фукуи отмечает, что для эффективного синглетного деления в твёрдом состоянии необходимо соблюдение двух условий:

• хромофоры ацена должны быть расположены близко друг к другу;
• окружение вокруг хромофоров должно позволять им претерпевать конформационные изменения, чтобы предотвратить триплетную рекомбинацию.

В структурах на основе пентацена хромофоры перекрываются эффективно, что позволяет осуществить синглетное деление с высоким квантовым выходом — 88% для образования пары триплетов и 130% для образования двух свободных триплетов.

В структурах на основе антрацена такого перекрытия между хромофорами не происходит, поэтому синглетного деления не наблюдается. Это может быть связано с более слабой электронной связью между хромофорами.

Профессор Хасобе говорит, что супрамолекулярный скаффолд на основе триптицена полезен для создания функциональных пи-электронных молекулярных сборок.

С помощью этого скаффолда можно создавать адаптируемые 2D-сборки с различными молекулами, что способствует прогрессу в супрамолекулярной химии, материаловедении и органической электронике.

01.10.2024