Forskare från universiteten i Bristol och Cambridge har hittat ett sätt att skapa polymera halvledarnanostrukturer som absorberar ljus och transporterar dess energi längre än vad som tidigare observerats.

Detta kan bana väg för mer flexibla och effektivare solceller och fotodetektorer.

Forskarna, vars arbete förekommer i tidskriften Vetenskap , säga att deras fynd kan vara en "game changer" genom att låta energin från solljus som absorberas i dessa material fångas upp och användas mer effektivt.

Lätta halvledande plaster används nu i stor utsträckning i elektroniska skärmar på massmarknaden, såsom de som finns i telefoner, surfplattor och platt -tv. Dock, använda dessa material för att omvandla solljus till elektricitet, att göra solceller, är mycket mer komplex.

De fotoexciterade tillstånden – vilket är när fotoner av ljus absorberas av det halvledande materialet – behöver röra sig så att de kan "skördas" innan de förlorar sin energi på mindre användbara sätt. Dessa excitationer färdas vanligtvis bara ca. 10 nanometer i polymera halvledare, vilket kräver konstruktion av strukturer mönstrade i denna längdskala för att maximera "skörden".

I kemilaboratoriet vid University of Bristol, Dr. Xu-Hui Jin och kollegor utvecklade ett nytt sätt att göra högordnade kristallina halvledande strukturer med hjälp av polymerer.

När han var i Cavendish Laboratory i Cambridge, Dr Michael Price mätte avståndet som de fotoexiterade staterna kan resa, som nådde avstånd på 200 nanometer - 20 gånger längre än vad som tidigare var möjligt.

200 nanometer är särskilt betydelsefullt eftersom det är större än tjockleken på materialet som behövs för att fullständigt absorbera omgivande ljus, vilket gör dessa polymerer mer lämpliga som "ljusskördare" för solceller och fotodetektorer.

Dr George Whittell från Bristols kemiska högskola, förklarar:"Vinsten i effektivitet skulle faktiskt bero på två skäl:för det första, eftersom de energirika partiklarna färdas längre, de är lättare att "skörda", och för det andra, vi kunde nu införliva lager ca. 100 nanometer tjock, vilket är den minsta tjocklek som behövs för att absorbera all energi från ljus – det så kallade optiska absorptionsdjupet. Tidigare, i så tjocka lager, partiklarna kunde inte resa tillräckligt långt för att nå ytorna."

Medforskare professor Richard Friend, från Cambridge, tillade:"Avståndet som energi kan flyttas i dessa material kommer som en stor överraskning och pekar på rollen som oväntade kvant koherenta transportprocesser."

Forskargruppen planerar nu att förbereda strukturer som är tjockare än de i den aktuella studien och större än det optiska absorptionsdjupet, med sikte på att bygga prototyper av solceller baserade på denna teknik.

De förbereder också andra strukturer som kan använda ljus för att utföra kemiska reaktioner, som att vatten spjälkas till väte och syre.