UCLA-onderzoekers denken een organisch zonnepaneel te kunnen maken dat zonne-energie inwendig vasthoudt tot je haar nodig hebt, zonder grote verliezen. Net zoals dat bij natuurlijke fotosynthese gebeurt, claimen ze in Science.

Het zou de efficiëntie van kunstmatige fotosynthese flink moeten verhogen. Bij het natuurlijke proces worden de vrijgemaakte elektronen via een cascade van reacties weggesluisd, zodat ze niet terug naar hun donoren kunnen. Kunstmatige panelen zitten tot nu toe minder uitgekookt uit elkaar en daar kunnen ze dus wél terug zolang ze de uitgang (lees: de elektrode) nog niet hebben bereikt.

Sarah Tolbert en collega’s hebben nu een synthetisch materiaal bedacht dat positieve en negatieve elektrische lading (of ‘polaronen’, in het jargon) wél gedurende langere tijd apart houdt. Als het moet zelfs weken lang, wat in de praktijk nergens voor nodig is maar wel aangeeft hoe goed het werkt.

Het materiaal bestaat uit poly(fluoreen-alt-thiofeen), een geconjugeerd polyelektrolyt dat in water oplosbaar is en zichzelf kan assembleren tot staafvormige micellen. In dit geval laat je dat gebeuren in combinatie met C60-buckyballs waar je twee N,N-dimethylpyrrolidiniumjodidegroepen aan hebt gehecht. In de praktijk kan daarbij de tweede groep vlak naast de eerste komen te zitten, of recht er tegenover, of iets daar tussen in. Dat is een kwestie van toeval.

Die zelfassemblage blijkt en heel regelmatige structuur op te leveren. De polymeerketens liggen netjes naast elkaar en de buckyballs met de groepen vlak bij elkaar passen er precies tussen, in lange rijen. De buckyballs met groepen tegenover elkaar passen er niet tussen en eindigen aan de buitenkant.

Als er zonlicht op dit systeem valt, werkt het polymeer als elektronendonor en de buckyballs als acceptor. In eerste instantie pakken de binnenste buckyballs, die er het dichtst tegenaan zitten, de meeste lading op. Daarna kunnen ze haar haar verder doorgeven aan de buitenste buckyballs. Die laatste categorie wordt echter gestabiliseerd door de omringende watermoleculen, en lading die daar eenmaal zit kan niet meer terug.

Gevolg is dus dat die buckyballs negatief geladen blijven, desnoods wekenlang, terwijl het polymeer gaten in zijn elektronenwolk vertoont. De opslagcapaciteit is veel te klein om er een accu van te maken maar je weet tenminste zeker dat je al je geoogste elektronen ook daadwerkelijk kunt gebruiken.

De onderzoekers moeten toegeven dat het voorlopig alleen in een reageerbuisje lukt en niet op een zonnepaneel. Hun punt is vooral dát je dergelijke effecten alleen kunt bereiken via nanostructuren die veel regelmatiger en beter ontworpen zijn dan wat er nu in de gemiddelde organische zonnecel zit.

bron: UCLA