zonnepanelen

Singlet fission zonnepanelen de toekomst?

singlet fission zonnepanelen

Singlet fission zonnepanelen

Singlet fission een nieuwe term in zonne-energie. Onderzoekers van de Columbia University hebben een manier ontwikkeld om meer kracht uit singletfission te halen om de efficiëntie van zonnecellen te vergroten en bieden een hulpmiddel om de ontwikkeling van apparaten van de volgende generatie vooruit te helpen.

In een studie die deze maand in Nature Chemistry is gepubliceerd , beschrijft het team het ontwerp van organische moleculen die in staat zijn om twee excitonen per foton van licht te genereren, een proces dat singlet fission wordt genoemd. De excitonen worden snel geproduceerd en kunnen veel langer leven dan die gegenereerd door hun anorganische tegenhangers, wat leidt tot een versterking van de elektriciteit gegenereerd per foton dat wordt geabsorbeerd door een zonnecel.

“We hebben een nieuwe singlet fission ontwikkeld voor singlet-splijtingsmaterialen”, zegt Luis Campos, universitair hoofddocent scheikunde en een van de drie hoofdonderzoekers van de studie. “Dit heeft ons ertoe gebracht de meest efficiënte en technologisch bruikbare intramoleculaire singlet-splijtingsmaterialen tot nu toe te ontwikkelen. Deze verbeteringen zullen de deur openen voor efficiëntere zonnecellen.”

Alle moderne zonnepanelen werken volgens hetzelfde proces – één foton van licht genereert één exciton, legde Campos uit. De exciton kan vervolgens worden omgezet in elektrische stroom. Er zijn echter enkele moleculen die kunnen worden geïmplementeerd in zonnecellen die het vermogen hebben om twee excitonen te genereren uit een enkel foton – een proces dat singletfission wordt genoemd. Deze zonnecellen vormen de basis voor apparaten van de volgende generatie, die nog in de kinderschoenen staan. Een van de grootste uitdagingen van het werken met dergelijke moleculen is echter dat de twee excitonen gedurende zeer korte perioden (tientallen nanoseconden) ‘leven’, waardoor het moeilijk is om ze als een vorm van elektriciteit te oogsten.

In de huidige studie, deels gefinancierd door het Office of Naval Research, hebben Campos en collega’s organische moleculen ontworpen die snel twee excitonen kunnen genereren die veel langer leven dan de state-of-the-art systemen. Het is een vooruitgang die niet alleen kan worden gebruikt bij de productie van de volgende generatie zonne-energie, maar ook bij fotokatalytische processen in chemie, sensoren en beeldvorming, legde Campos uit, omdat deze excitonen kunnen worden gebruikt om chemische reacties te initiëren, die vervolgens kunnen worden gebruikt door de industrie om medicijnen, kunststoffen en vele andere soorten consumentenchemicaliën te maken.

“Intramoleculaire singletsplijting is aangetoond door onze groep en anderen, maar de resulterende excitonen werden ofwel zeer langzaam gegenereerd, of ze zouden niet erg lang duren,” zei Campos. “Dit werk is het eerste om aan te tonen dat singelsplitsing snel twee excitonen kan genereren die heel lang kunnen leven. Dit opent de deur om fundamenteel te bestuderen hoe deze excitonen zich gedragen op individuele moleculen, en ook om te begrijpen hoe ze kunnen efficiënt worden ingezet op apparaten die profiteren van lichtversterkte signalen. ”

De ontwerpstrategie van het team moet ook nuttig blijken te zijn in afzonderlijke gebieden van wetenschappelijk onderzoek en heeft nog vele andere, maar onvoorstelbare toepassingen, voegde hij eraan toe.

De co-auteurs van Campos zijn: Samuel Sanders en Andrew Pun, van Columbia University; Matthew Y. Sfeir, van de City University van New York; en Amir Asadpoordarvish, van de Universiteit van New South Wales.