聚合物晶体记录破断能量传输的关键

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来自布里斯托尔和剑桥大学的科学家发现了一种方法来制造聚合物半导体纳米结构,它吸收光并比先前观察到的能量传输得更远。

这可能为更灵活和更高效的太阳能电池和光电探测器铺平道路。

研究人员发表在《科学》杂志上的研究人员说,他们的研究结果可能是一种“游戏改变者”,它可以让被吸收在这些物质中的阳光的能量更有效地捕捉和使用。

轻质半导体塑料现在广泛应用于大众市场的电子显示屏,如手机、平板电脑和平板电视。然而,使用这些材料将阳光转换成电,制造太阳能电池,则要复杂得多。

光激发态——当光的光子被半导体材料吸收时,需要移动,这样它们才能以较少有用的方式失去能量,然后被“收获”。这些激发通常仅在聚合物半导体中传播约10纳米,因此需要在长度尺度上图案化结构以最大化“收获”。

在布里斯托大学的化学实验室,徐慧金博士和他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。

在剑桥的卡文迪什实验室,麦克尔·普里斯博士测量了照片退出状态的距离,它的距离比先前可能的还要多200到20倍。

200纳米是特别重要的,因为它大于完全吸收环境光所需的材料厚度,从而使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”。

来自布里斯托尔化学学院的George Whittell博士解释说:“效率的提高实际上有两个原因:第一,因为高能粒子进一步传播,它们更容易获得”,第二,我们现在可以把大约100纳米厚的层结合起来。吸收光的所有能量所需的最小厚度——所谓的光吸收深度。以前,在这样厚的层中,粒子无法到达足够远的表面。

来自剑桥的联合研究员Richard Friend教授补充道:“能量在这些材料中的移动距离是一个巨大的惊喜,并指出了意外的量子相干传输过程的作用。”

研究小组现在计划制备比当前研究更厚的结构,并且大于光学吸收深度,以建立基于该技术的原型太阳能电池。

他们还准备了其他能够利用光进行化学反应的结构,例如水分解成氢和氧。

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