Banbrytande ljusupptagande system efterliknar naturen för effektiv solenergianvändning enligt ny studie

StockholmForskare vid Julius-Maximilians-Universität (JMU) i Würzburg har utvecklat ett nytt system för ljusinsamling. Detta system är mycket effektivt och kan fånga in ljus från hela det synliga spektrumet, liknande det som sker i växter och bakterier.

Traditionella ljusinsamlingssystem har flera begränsningar: Oorganiska halvledare som kisel absorberar ljus svagt, vilket kräver tjocka lager. Organiska färgämnen är mer effektiva och kräver mycket tunnare lager, men de täcker inte ett brett spektrum.

JMU:s nya system kombinerar egenskaperna hos oorganiska halvledare och organiska färgämnen. Det har en bandstruktur likt oorganiska halvledare, vilket gör att det kan absorbera ljus över hela det synliga spektrumet. Dessutom drar det nytta av de organiska färgämnenas höga kapacitet att absorbera ljus. Som ett resultat kan detta system fånga in mycket ljusenergi i ett tunt lager.

Nyckelfunktioner i det nya systemet:

• Fyra olika merocyaninfärger används.
• Färgerna är vikta och staplade tätt ihop.
• Denna arrangering möjliggör ultrasnabb och effektiv energitransport inom antennen.

Prototypen heter URPB, vilket representerar våglängderna som absorberas av dess fyra färgkomponenter: ultraviolett (U), röd (R), lila (P) och blå (B). Denna nya design gör att systemet kan fånga ljus från ett brett spektrum, till skillnad från traditionella metoder som har flera begränsningar.

Läs också:

Idag · 07:29

AR blir smartglasögon för fler användningsområden

Forskare testade sitt nya system för att samla ljus med en metod som kallas fluorescenskvantutbyte. Denna teknik mäter hur mycket energi systemet avger som ljus och visar därmed hur mycket ljusenergi det har samlat in.

Det nya systemet omvandlar 38% av det mottagna ljuset till fluorescens i en bred färgskala. Detta är mycket bättre än de mindre än 1% till 3% som enskilda färgämnen normalt uppnår. Denna förbättring visar att sättet som färgämnesmolekylerna är arrangerade och kombinerade på i detta nya system är mycket effektivt för att samla in ljus.

Professor Frank Würthner och hans team från JMU:s Institut för Organisk Kemi/Center för Nanosystemkemi har utvecklat ett nytt ljusupptagande system. De samarbetade med Professor Tobias Brixners grupp från Institutet för Fysikalisk och Teoretisk Kemi för att studera och testa systemet.

JMU-teamet har hittat en lösning på vanliga problem med dagens solenergisystem. Genom att kombinera fördelarna hos oorganiska och organiska material har de skapat ett mer effektivt system. Detta nya system kan göra solceller lättare och mer effektiva, vilket kan förändra vårt sätt att använda solenergi.