Nya material kommer att göra det möjligt för ny teknik att förvandla solljus till elektricitet och bränsle. Kombinationer av molekyler och små nanopartiklar gör dessa material till verklighet. Molekylerna i dessa material är mycket bra på att absorbera solljus och donera elektroner till nanopartiklarna. Nanopartiklarna flyttar sedan runt elektronerna och katalyserar reaktioner som producerar bränslet. Den här processen fungerar dock inte alltid som forskarna hoppas. Nu har forskare hittat ett sätt att spåra elektroner längs deras rundresa från molekylerna till nanopartiklarna och tillbaka. Forskare kan mäta var elektronerna lätt kan färdas och om, var, när och varför de fastnar. Denna information är avgörande för att hitta bättre kombinationer för innovativa material.

Studien, publicerad i The Journal of Physical Chemistry Letters , visar ett nytt experimentellt verktyg som kan följa elektroner som färdas mellan molekyler och nanopartiklar som omvandlar solljus till elektricitet eller bränslen. Det visar sig att ett mycket vanligt nanopartikelmaterial, zinkoxid, först stoppar elektronerna ett tag. Materialet låter sedan elektronerna röra sig längs bara själva ytan av nanopartiklarna. Detta gör det troligt att laddningarna kan försvinna eller kan skada nanopartikelmaterialet. Helst ska laddningar färdas utan paus och rakt genom nanopartiklarna. Möjligheten att avslöja dessa flaskhalsar för elektronresor kommer att hjälpa forskare att designa bättre material för att omvandla solljus till andra former av energi.

För att förvandla solljus till elektricitet eller bränsle måste ett material absorbera ljuset och rikta ljusenergin till elektroner. Därefter måste elektronerna röra sig för att bilda en ström eller möjliggöra kemiska reaktioner. Ett sätt att uppnå båda stegen är att använda molekyler som är väldigt bra på att fånga solljus och fästa dem på substrat som är väldigt bra på att flytta runt elektroner. Forskare visste tidigare att elektroner kunde röra sig inuti materialet zinkoxid mycket lättare än i många andra material. Trots detta skulle elektroder gjorda av zinkoxid inte fungera lika bra som elektroder gjorda av andra material. Vad händer?

Med hjälp av en teknik som kallas tidsupplöst röntgenfotoelektronspektroskopi vid Advanced Light Source, en användare av Department of Energy (DOE) Office of Science, kan forskare nu följa elektronernas väg från molekylerna till substraten och tillbaka . De fann att elektronerna sitter fast länge mellan molekylerna och zinkoxiden. När elektronerna äntligen gör hoppet, fortsätter materialet att trycka dem mot substratytan. Där fastnar elektronerna lättare än om de kunde färdas rakt genom substratmassan. Denna studie hjälper till att förklara varför zinkoxidsubstrat inte fungerar så bra som man hoppats. Det ger också ett nytt testschema för framtida material. + Utforska vidare

Organiskt färgämne i zinkoxidmellanskikt stabiliserar och ökar prestandan hos organiska solceller