Det har ofta sagts att solceller är som konstgjorda versioner av de fotosyntetiska apparater som finns i växter, som löv, eftersom båda skördar solljus. Men naturens löv kan göra något som de flesta solceller inte kan göra:skydda sig mot fotokemisk skada från överexponering för solljus.

I ett försök att skydda artificiella ljusskördar från solskador, kemister har utformat en trattformad molekylskala som skördar fotoner, sprider energin runt gruppen, och laddar energin relativt långsamt till en solcell eller annan enhet. Genom att reglera mängden energi som kommer in i solcellen, den nya gruppen kan förlänga solcellens livslängd, som måste fungera under tuffa förhållanden i samband med långvarig exponering för solljus.

Forskarna, Raymond Ziessel, Gilles Ulrich, och Alexandre Haefele vid universitetet i Strasbourg i Frankrike, tillsammans med Anthony Harriman vid Newcastle University i Storbritannien, har publicerat sitt papper om deras artificiella ljusskördare i ett nyligen utgåva av Journal of the American Chemical Society .

"UV -ljus är skadligt för cellerna och för stödstrukturen, "Berättade Harriman Phys.org . "Fotoner går förlorade genom förintelse, och optimal prestanda kräver ett stabilt flöde av fotoner. Detta är ännu viktigare för vattenklyvande enheter, det är där vi ser vår ljusskördare ha riktiga applikationer. "

Den nya gruppen består av 21 Bodipy ("bor-dipyrrometen") färgämnen, som är mycket fluorescerande färgämnen kända för sin goda ljusabsorption och -emission. Bodipy-färgämnena är arrangerade i en trattliknande design som konvergerar till en kontaktpunkt. Vid exponering för ljus, matrisen leder excitationsenergin från infallande fotoner genom tratten genom en serie kaskad energiöverföringssteg tills energin når brännpunkten.

Det viktigaste med designen är dess förmåga att självreglera sin energi. När fokuspunkten är i ett upphetsat tillstånd, ytterligare energiöverföring till fokuspunkten är begränsad. För att öka mängden energi som når brännpunkten, matrisens topologi ger olika resvägar för energin för att säkerställa olika ankomsttider. Strategin innebär omfördelning av överskottsenergi i gruppen tills brännpunkten inte längre är "mättad".

Denna mekanism för att skydda mot överexponering för solljus är inte strikt baserad på de mekanismer som används av växter. I naturen, olika mekanismer har utvecklats för detta ändamål, även om detaljerna i dessa mekanismer fortfarande diskuteras aktivt.

Medan egenskaperna hos den nya matrisen är spännande, forskarna tillägger att själva syntesen också är toppmodern. Att använda Bodipy -färgämnen som byggstenar tillåter säkerhet om den framväxande strukturen, till skillnad från när man använder andra molekyler, såsom dendrimerer, där det är svårt att säkerställa fullständig tillväxt med varje lager.

I framtiden, tratten i molekylär skala skulle kunna skydda solceller genom att fungera som sensibiliseringsmedel; det är, överföra energi på ett kontrollerat sätt till solcellerna eller andra externa enheter. Arrayen ger också en fördel i stabilitet jämfört med att använda en blandning av föreningar. Och även om matrisen begränsar energiöverföring, det minskar inte solcellens effektivitet.

"För närvarande, den begränsande effektiviteten är att koppla ihop de två systemen, "Harriman sa." I princip, det bör inte ske någon minskning av effektiviteten. Den verkliga fördelen kommer från att använda en solfångare med stor yta och en liten cellcell. "

I framtiden, forskarna planerar att förbättra överföringen av fotoner från gruppen till solcellen.

"Vi försöker bygga system där fotonerna lätt flyttar sig från kluster till kluster innan de fångas av solcellen, "Harriman sa." Också, vi undersöker sätt att skjuta fotonerna mot solcellen, snarare än att förlita sig på slumpmässiga migrationer. Denna typ av kvant koherens kan vara viktig i vissa fall i naturen men är långt bortom den nuvarande förmågan hos artificiella system. Vi har idéer om hur vi kan förbättra oss och vi förutser snabba framsteg inom detta område. "

© 2013 Phys.org. Alla rättigheter förbehållna.