Fysiker vid Umeå universitet har bl. tillsammans med forskare vid UC Berkeley, USA, utvecklat en metod för att syntetisera en unik och ny typ av material som liknar ett grafen nanoband men i molekylär form. Detta material kan vara viktigt för den fortsatta utvecklingen av organiska solceller. Resultaten har publicerats i den vetenskapliga tidskriften ACS Nano .
Nanobanden består av molekyler med den kemiska formeln [6, 6]-fenyl-C61-smörsyrametylester. För kort betecknas det PCBM, och i praktiken är det en fullerenmolekyl (en fotbollsformad kolmolekyl) med en fäst sidoarm för att öka dess löslighet. PCBM-molekyler används ofta i organiska solceller eftersom de har en mycket god förmåga att transportera fria elektroner som "genereras" av solljus.
Forskarna vid Umeå universitet och UC Berkeley har nu utvecklat en metod för att ordna sådana molekyler i tunna, kristallina nanoband som bara är fyra nanometer breda. Nanobanden odlas i en lösningsprocess med ganska hög effektivitet och alla nanoband har en unik morfologi med kanter i sicksack.
"Det är ett mycket spännande material och metoden är ganska enkel. Materialet påminner om de mer allmänt kända nanorbanden av grafen, men i vårt material är varje kolatom "ersatt" av en molekyl, säger Thomas Wågberg, docent vid institutionen för fysik, som har lett studien.
Fynden är intressanta av flera anledningar; det är första gången som strukturer med så små dimensioner har producerats med den här typen av molekyler, och dimensionerna på nanobanden tyder på att de borde vara idealiska som "elektroniska motorvägar" i organiska solceller. En organisk solcell består vanligtvis av två typer av material, en som leder elektronerna och en som leder "hålen" som blir kvar när elektronen får en energikick från det inkommande solljuset (man kan se transporten av "hål" som ett tomt utrymme i trafiken som rör sig bakåt i en trafik kö som rör sig framåt).
En elektronledare i organiska solceller bör helst bilda långa vägar till elektroden men samtidigt vara tunnare än 10-15 nanometer (ungefär 10, 000 gånger tunnare än ett vanligt hår). De nyutvecklade PCBM nanorribbons uppfyller alla dessa krav.
"Tillsammans med professor Ludvig Edmans grupp vid institutionen för fysik vid Umeå universitet, vi undersöker nu detta material ytterligare som en potentiell komponent i organiska solceller i hopp om att göra sådana enheter mer effektiva, säger Thomas Wågberg.
Vår studie är naturligtvis också intressant av fundamentala skäl eftersom den öppnar för möjligheter att undersöka viktiga fysikaliska egenskaper hos molekylära material med nanoskala dimensioner.
Om nanoband:
Kolnanostrukturer finns i många olika former. Grafen är ett enda lager av kolatomer, som kan "rippas" till nanoband under vissa omständigheter. På grund av minskningen i dimensioner längs en riktning, nanorbanden av grafen uppvisar många unika egenskaper. Fullerener å andra sidan är fotbollsformade molekyler som också är uppbyggda av kolatomer, medan PCBM är fullerenliknande molekyler med flera intressanta egenskaper och en fäst sidoarm för att öka deras löslighet. I den aktuella studien har forskarna kunnat konstruera nanoband som består av PCBM-molekyler istället för kolatomer, så att strukturen starkt påminner om ett grafen nanoband i molekylär form.
