(PhysOrg.com) - Solceller tillverkade av organiska material är billiga, lätt och flexibel, men deras prestanda ligger efter celler som innehåller kisel eller andra oorganiska material. Cornell-kemist William Dichtel och kollegor har hittat ett sätt att syntetisera beställda organiska filmer som kan vara ett stort steg mot att lösa detta problem.

Det är första gången som forskare har kunnat samla material som kallas kovalenta organiska ramverk (COF) ur sin vanliga pulverform till platta ark med exakt ordnade molekyler på en ledande yta. Det rensar ett stort hinder mot att använda COF för att ersätta de dyrare, mindre mångsidiga material som används i solceller och annan elektronik idag.

Forskningen visas i 8 april-numret av Vetenskap .

COFs har en mängd olika egenskaper som inte finns i traditionella organiska polymerer, inklusive utmärkt termisk stabilitet, hög ytarea och permanent porositet. Men medan forskare har identifierat dem som spännande kandidater för sådana enheter, de har hämmats av det faktum att materialen normalt bara existerar som olösliga pulver.

Dichtel, biträdande professor i kemi och kemisk biologi, och kollegor utvecklade en enkel process för att odla tunna (25-400 nanometer tjocka) filmer av COF på en yta av grafen, ett enatomtjockt ark av kol. De använde röntgendiffraktion vid Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS) för att bestämma materialens struktur och orientering. COFs växer som kontinuerliga filmer av välordnade, staplade lager på grafenytorna.

Till skillnad från pulverformen, filmerna som odlas på transparenta ytor kan sonderas med moderna optiska mätningar. Forskare kan också variera ramverkens egenskaper genom att ändra strukturen på deras komponenter.

"Dessa material är så mångsidiga - vi kan justera egenskaperna rationellt, snarare än att förlita sig på molekyler för att oförutsägbart packa in i filmer, "Sa Dichtel.

Att demonstrera, forskarna skapade tre varianter av ramverken. Av dom tre, man visar särskilt löfte för solceller - den använder molekyler som kallas ftalocyaniner, som vanligtvis finns i industriella färgämnen som används i produkter från blåjeans till bläckpennor.

Ftalocyaniner, som är relaterade till klorofyll, absorbera ljus över större delen av solspektrumet - en sällsynt egenskap för ett enda organiskt material.

"Att skaffa dessa material som filmer på elektrodmaterial är ett stort steg mot att studera och använda dem i enheter, "Dichtel sa." Denna metod representerar ett allmänt sätt att på ett förutsägbart sätt montera molekyler på ytor. Detta arbete öppnar dörren för att ta dessa material i många andra riktningar."