(PhysOrg.com) – Forskare vid det amerikanska energidepartementets (DOE) Brookhaven National Laboratory och Los Alamos National Laboratory har tillverkat transparenta tunna filmer som kan absorbera ljus och generera elektrisk laddning över ett relativt stort område. Materialet, beskrivs i journalen Materialkemi , skulle kunna användas för att utveckla transparenta solpaneler eller till och med fönster som absorberar solenergi för att generera elektricitet.

Materialet består av en halvledande polymer dopad med kolrika fullerener. Under noggrant kontrollerade förhållanden, materialet monteras själv för att bilda ett reproducerbart mönster av sexkantiga sexkantsformade celler över en relativt stor yta (upp till flera millimeter).

"Även om sådana bikakemönstrade tunna filmer tidigare har tillverkats med konventionella polymerer som polystyren, detta är den första rapporten om ett sådant material som blandar halvledare och fullerener för att absorbera ljus och effektivt generera laddning och laddningsseparation, " sa huvudforskaren Mircea Cotlet, en fysikalisk kemist vid Brookhavens Center for Functional Nanomaterials.

Vidare, materialet förblir i stort sett genomskinligt eftersom polymerkedjorna packas tätt endast vid kanterna av hexagonerna, medan de förblir löst packade och spridda mycket tunt över mitten. "De tätt packade kanterna absorberar starkt ljus och kan också underlätta ledande elektricitet, "Cotlet förklarade, "medan centren inte absorberar mycket ljus och är relativt transparenta."

"Att kombinera dessa egenskaper och uppnå storskalig mönstring kan möjliggöra ett brett utbud av praktiska tillämpningar, som energigenererande solfönster, transparenta solpaneler, och nya typer av optiska displayer, " sa medförfattaren Zhihua Xu, en materialvetare vid CFN.

"Föreställ dig ett hus med fönster gjorda av den här typen av material, som, kombinerat med ett soltak, skulle minska sina elkostnader avsevärt. Det här är ganska spännande, " sa Cotlet.

Forskarna tillverkade de tunna filmerna av honeycomb genom att skapa ett flöde av mikrometerstora vattendroppar över ett tunt lager av polymer/fullerenblandningslösningen. Dessa vattendroppar samlas i stora uppsättningar i polymerlösningen. När lösningsmedlet avdunstar helt, polymeren bildar ett sexkantigt bikakemönster över ett stort område.

"Detta är en kostnadseffektiv metod, med potential att skalas upp från laboratoriet till produktion i industriell skala, " sa Xu.

Forskarna verifierade likformigheten hos bikakestrukturen med olika scanningsprober och elektronmikroskopitekniker, och testade de optiska egenskaperna och laddningsgenerering vid olika delar av bikakestrukturen (kanter, centra, och noder där enskilda celler ansluter) med tidsupplöst konfokal fluorescensmikroskopi.

Forskarna fann också att graden av polymerpackning bestämdes av lösningsmedlets avdunstning, vilket i sin tur bestämmer hastigheten för laddningstransport genom materialet.

"Ju långsammare lösningsmedlet avdunstar, desto tätare packad polymeren, och ju bättre laddningstransport, " sa Cotlet.

"Vårt arbete ger en djupare förståelse för de optiska egenskaperna hos bikakestrukturen. Nästa steg blir att använda dessa bikaketunna filmer för att tillverka transparenta och flexibla organiska solceller och andra enheter, " han sa.