一种可透光的分子结构

有机光伏技术可用于规模化、成本低廉的太阳能发电领域，具有巨大的潜力。但目前需要克服的一个挑战是，在电极的顶部...



有机光伏技术可用于规模化、成本低廉的太阳能发电领域，具有巨大的潜力。但目前需要克服的一个挑战是，在电极的顶部薄层进行组装的顺序。慕尼黑工业大学（TUM）的科学家利用在原子级水平且透明的基板上的自组装反应，设计出了单分子层网络结构的光伏反应层 ，此举开辟了精密分子光电器件自下而上制作的可能性。



三聚氰胺联涤纶-酰亚胺分子的扫描隧道显微图像 - 右侧：分子网络的插入模型（标尺为2nm）。

大自然是无可匹敌的，尤其是在应对复杂的、高性能的分子机器的自组装时，光吸收、电子空穴对或电荷分离及电子转移方面。分子纳米技术很早就预测到可以模仿一些生物分子的结构并进行重组装以使之能生产出廉价的电力。

现在，来自于慕尼黑工业大学（TUM）的物理和化学学院，以及德国马普高分子研究所（德国美因茨）和电斯特拉斯堡大学（法国）的研究人员，就以这样的方式改变染料分子内部结构使他们能够作为自组装的分子网络的构建模块。

在石墨烯涂覆的金刚石基板的原子级别的水平表面上，基板的分子自组装成类似蛋白质和DNA纳米技术的方式应用在目标结构上。通过氢键超分子结构的设计，成为唯一的驱动力。正如预期的那样，当其暴露在光电流中时分子网络便产生了。

“很长一段时间里，工程用自组装的分子结构并不被人们所看好，”该研究的主要作者弗里德里希博士说道， “自从我们有了这项技术，这一局面便得到了很好的改观。”

“对于常规有机光伏分子进行结构改善仍然是一个挑战。相比之下，纳米技术为我们提供了构成成分先验的原子级精确布局的可能性”，负责指导这项研究的卡洛斯-安德烈斯帕尔马博士说道。

科学家们希望引进相关设备实现标准条件下的光伏反应。 “比如在石墨烯的二维电极堆之间嵌入自组装染料，可以提供易于规模化生产高效光伏单层涂层的可能性”，帕尔马博士说道，“这将使太阳能电池技术为我们所用。”科学家们使用尼龙二酰亚胺分子作为光敏染料，当细长尼龙分子连接起来形成三价蜜胺结构网络，通过选择适当的侧基的尼龙二酰亚胺来研究确定可以形成哪些架构。

“这项工作是我们主动与催化研究中心实现跨学科合作的一个很好的例子：化学和物理的绝配。”慕尼黑工业大学催化研究中心主任乌尔里希教授说。

来源：材料牛

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