Arriba:Imagen de microscopía electrónica de barrido y zoom de un panal de polímero conjugado (PPV). Abajo (de izquierda a derecha):imágenes de vida útil de fluorescencia confocal de un panal conjugado, de doble capa de polímero / fullereno alveolar y de mezcla de polímero / fullereno alveolar. Se observa una transferencia de carga eficiente dentro de todo el marco en el caso de la mezcla de panal de polímero / fullereno como una reducción drástica en la vida útil de la fluorescencia.
(PhysOrg.com) - Científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven y del Laboratorio Nacional de Los Alamos del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han fabricado películas delgadas transparentes capaces de absorber luz y generar carga eléctrica en un área relativamente grande. El material, descrito en la revista Química de Materiales , podría usarse para desarrollar paneles solares transparentes o incluso ventanas que absorben energía solar para generar electricidad.
El material consiste en un polímero semiconductor dopado con fullerenos ricos en carbono. En condiciones cuidadosamente controladas, el material se autoensambla para formar un patrón reproducible de celdas hexagonales de tamaño micrométrico en un área relativamente grande (hasta varios milímetros).
"Aunque estas películas delgadas con patrón de panal de abejas se han fabricado anteriormente utilizando polímeros convencionales como el poliestireno, Este es el primer informe de un material de este tipo que combina semiconductores y fullerenos para absorber la luz y generar de manera eficiente carga y separación de carga. "dijo el científico principal Mircea Cotlet, químico físico del Centro de Nanomateriales Funcionales de Brookhaven.
Es más, el material permanece en gran parte transparente porque las cadenas de polímero se compactan densamente solo en los bordes de los hexágonos, sin dejar de empacar y esparcir muy delgado a través de los centros. "Los bordes densamente empaquetados absorben fuertemente la luz y también pueden facilitar la conducción de electricidad, "Cotlet explicó, mientras que los centros no absorben mucha luz y son relativamente transparentes ”.
"La combinación de estos rasgos y el logro de patrones a gran escala podría permitir una amplia gama de aplicaciones prácticas, como ventanas solares generadoras de energía, paneles solares transparentes, y nuevos tipos de pantallas ópticas, "dijo el coautor Zhihua Xu, científico de materiales en el CFN.
"Imagina una casa con ventanas de este tipo de material, cuales, combinado con un techo solar, reduciría significativamente sus costos de electricidad. Esto es muy emocionante "Dijo Cotlet.
Los científicos fabricaron películas delgadas en forma de panal creando un flujo de gotas de agua del tamaño de un micrómetro a través de una capa delgada de la solución de mezcla de polímero / fullereno. Estas gotas de agua se autoensamblan en grandes conjuntos dentro de la solución de polímero. Como el solvente se evapora completamente, el polímero forma un patrón de panal hexagonal sobre un área grande.
"Este es un método rentable, con potencial para escalar del laboratorio a la producción a escala industrial, "Dijo Xu.
Los científicos verificaron la uniformidad de la estructura alveolar con varias técnicas de microscopía electrónica y sonda de barrido. y probó las propiedades ópticas y la generación de carga en varias partes de la estructura de panal (bordes, centros, y nodos donde se conectan las células individuales) utilizando microscopía de fluorescencia confocal resuelta en el tiempo.
Los científicos también encontraron que el grado de empaquetamiento del polímero estaba determinado por la tasa de evaporación del solvente, que a su vez determina la tasa de transporte de carga a través del material.
"Cuanto más lento se evapora el disolvente, cuanto más compacto esté el polímero, y cuanto mejor sea el transporte de carga, "Dijo Cotlet.
"Nuestro trabajo proporciona una comprensión más profunda de las propiedades ópticas de la estructura de nido de abeja. El siguiente paso será utilizar estas películas delgadas de nido de abeja para fabricar células solares orgánicas transparentes y flexibles y otros dispositivos". " él dijo.
