Fotowoltaika węglowa
W ciągu minionych dekad mieliśmy okazję zaobserwować ogromny postęp technologiczny i wdrożenie licznych nowoczesnych systemów na całym świecie. Obecnie mamy do czynienia z trzecią generacją konwencjonalnej technologii technologia PV, początkowo opartej na krzemie, która dziś wykorzystuje nieorganiczne cienkie warstwy PV. Niestety powszechne jej wdrożenie utrudniają wyzwania związane z wysokimi kosztami produkcyjnymi i wydajnością konwersji. Ogniwa słoneczne wykorzystujące półprzewodniki organiczne, takie jak polimery z rdzeniem węglowym, są łatwo przetwarzane przy niskich kosztach. Konstrukcje heterozłącza, w których półprzewodnikowe warstwy donora i akceptora elektronów mieszają się, mogą usprawnić ruch elektronów, zwiększając w ten sposób sprawność. Badacze finansowani przez UE w ramach projektu "Spectroscopic insight with nanoscale resolution on model photovoltaic systems" (NANOPV) skupili się na dwóch potencjalnych systemach. Pierwszym były kowalentnie powiązane heterokonstrukcje organiczne składające się z dobrze rozdzielonych elementów o różnych właściwościach elektronicznych. Zespół poszukiwał szlaków do sprzężenia kowalentnego prekursorów, które doprowadziłoby do utworzenia nanowstążek grafenowych (GNR). Grafen to forma węgla o strukturze nano, arkusz atomów węgla o grubości pojedynczego atomu. Stosując dwie różne metody syntezy chemicznej względem rozmaitych substratów, zespół z powodzeniem wyprodukował precyzyjne atomowo GNR, szersze od tych wyprodukowanych dotychczas. To doprowadziło do zmniejszenia towarzyszących pasm wzbronionych (im mniejsze pasmo wzbronione, tym większe przewodnictwo materiału). Dodatkowo zaobserwowane zmiany chemiczne okazały się inne i bardziej złożone niż oczekiwano. Eksperymenty zapewniły bezprecedensowy dostęp do informacji, dzięki wizualizacji przegrupowania wiązania kowalencyjnego w czasie formowania GNR. Artykuł na temat badania przyjęto do publikacji w szanowanym czasopiśmie branżowym Science. Kilka innych artykułów znajduje się na różnych etapach weryfikacji lub publikacji w innych prestiżowych czasopismach. Badacze dokonali także syntezy i scharakteryzowali dużą liczbę powiązanych niekowalencyjnie dwuskładnikowych mieszanek molekularnych. Poza głębszym zrozumieniem określonych odchyleń w pewnych systemach, zespół odkrył ważną tendencję dotyczącą zależnych od stechiometrii międzyfazowych wyrównań energii w zestawach dawca–akceptor na metalowych powierzchniach. Przyszłe publikacje nagłośnią ważne rezultaty. Oczekuje się, że wyniki projektu NANOPV znacznie przyczynią się do rozwoju organicznych PV przy potencjalnej redukcji kosztów i podwyższeniu sprawności konwersji energii. Natomiast sama poprawa ruchu elektronów będzie miała ważny wpływ na organiczne narzędzia elektroniczne służące do wielu zastosowań.
