有機薄膜制備更好的太陽能電池

用X射線衍射確定共價有機框架材料的結構和方向，就可生長出連續的薄膜，層層堆疊在石墨表面，薄膜中分子排列井然有序，可替代很多導電材料，分子基礎材料組裝在石墨烯上，提供定向有序的共價有機框架。

太陽能電池的制備采用有機材料，價格便宜，輕巧靈活，但它們性能落后，不如那些包含硅或其他無機材料的電池。康奈爾大學(Cornell)化學家威廉?迪奇特爾(WilliamDichtel)和同事發現了一種方法，可以合成有序的有機薄膜，這可能是重要的一步，可以解決這一問題。

這是第一次，研究人員得以處理這些材料，這些材料稱為共價有機框架(COFs：covalentorganicframeworks)，要把它們從普通的粉末形態改變為平片狀的精確排列的分子，就在一個導電表面。這就掃清了一個主要障礙，可以使用共價有機框架取代昂貴的、不夠通用的材料，用于今天的太陽能電池和其他電子產品。這項研究發表在4月8日的《科學》雜志上。

共價有機框架有多種不同的屬性，不同于傳統的有機聚合物，這些屬性包括優良的熱穩定性，高比表面積和永久多孔性。盡管研究人員已經把它們確定為有趣的候選產品，準備替代這樣的設備，但是，它們已經無能為力，因為事實上，這種材料的存在通常只是作為一種不溶性粉末。

迪奇特爾是化學與化學生物學助理教授，他和同事們開發出一種簡單的工藝，可以培育薄膜狀(25-400納米厚)的共價有機框架，就在石墨烯表面進行，石墨烯是一種單原子厚的碳片。他們采用X射線衍射，在康奈爾大學高能同步輻射光源(CHESS：CornellHighEnergySynchrotronSource)上確定材料的結構和方向。這種共價有機框架就生長為連續的薄膜，井然有序，層層堆疊在石墨烯表面。

不同于粉末形態，這些薄膜都生長在透明表面上，可以被探測，采用現代光學測量就行。研究人員還可以改變框架的屬性，這只需改變組件的結構。

“這些材料是如此用途廣泛，以致于我們可以合理地調整性能，而不是依靠分子形成薄膜，因為這是難以預測的，”迪奇特爾說。

為了演示，研究人員創造了三種變化的框架。在這三種框架之中，有一種看起來尤其有希望用于太陽能電池，它使用的分子稱為酞菁染料(phthalocyanines)，常見于工業染料中，應用產品從藍色牛仔褲到墨水鋼筆都有。

酞菁涉及葉綠素，可吸收的光包含大多數太陽光譜，這是一種罕見的屬性，對于單一有機材料而言就是這樣。

“獲取這些材料作為薄膜，用在電極材料上，這是重要的一步，可以在設備中研究和使用它們，”迪奇特爾說。“這種方法代表一種通用方式，可以在表面組裝分子，而且是可預見地進行。這項工作打開了一扇大門，采取這些材料可以有許多其他方向。”