Förbättra energiskörden: skräddarsydda molekyler driver effektivare singletfission och ökar solcellers effektivitet

StockholmSinglet fission (SF) är en metod som kan öka energieffektiviteten hos solceller och andra optiska enheter. I denna process delar en singlet-exciton sig i två triplet-excitoner, vilket innebär att energin från en foton kan fördubblas. Fenomenet sker i organiska molekyler som kallas kromoforer. För att uppnå hög SF-effektivitet är det viktigt att noggrant kontrollera hur dessa molekyler är orienterade och arrangerade.

Nya forskningsrön förbättrar vår förståelse för hur den unika 3D-formen hos vissa molekyler, kallad chiralitet, kan öka effektiviteten av singlet fission (SF). Chiralitet innebär att molekylerna inte kan överensstämma exakt med sina spegelbilder, och detta drag är avgörande för hur molekyler struktureras. Forskare vid Kyushu University har gjort viktiga framsteg inom SF genom att använda dessa chirala molekyler. Denna upptäckt kan komma att ha många tillämpningar på olika områden.

Här är studiens viktigaste resultat:

Introduktionen av kiralitet till kromoforer resulterade i förbättrad SF-effektivitet. Självmonterade molekylstrukturer visade kirala molekylorienteringar. Motjoner, särskilt ammoniummolekyler, var avgörande för att kontrollera kromoforernas anpassning. Genom att använda kirala aminer uppnåddes en trippel kvantutbyte på 133% med en hastighetskonstant på 6,99 × 10⁹ s⁻¹.

Läs också:

Idag · 09:06

Ny forskning: Kan piporglar automatiskt stämma musik i konserthus?

Denna forskning kan revolutionera solenergi-teknologin. Genom att förändra molekylernas orientering erbjuder den ett alternativt sätt att samla energi, utöver den traditionella absorptionen av ljus. Användningen av kirala kromoforer i solceller kan avsevärt öka deras effektivitet, vilket i sin tur kan minska kostnaderna och öka den genererade energin.

Forskningen har fördelar bortom solcellerna. Den erbjuder nya metoder för att förbättra processer som utnyttjar solenergi för kemiska reaktioner. Den kan också påverka områdena kvantmaterial och livsvetenskaper. Genom att styra hur excitoner rör sig och öka energiproduktionen kan dessa upptäckter vara användbara i många teknologier som är beroende av elektronrörelse.

Studien framhäver den viktiga rollen hos motsatta joner, som hjälper till att bevara strukturen och förbättra molekylernas inriktning. Detta är ofta ett förbiseende ämne men kan ha betydande praktiska användningar. Genom att undersöka potentialen hos kirala molekylära sammansättningar i andra organiska miljöer och tunna filmer, öppnar forskningen nya möjligheter för framtida utveckling.

Denna utveckling för syntetiska bränslen ett steg närmare verklig användning och öppnar möjligheter för framtida forskning att förbättra energiutvinning i olika områden genom avancerad molekylärteknik.