马萨诸塞州阿默斯特大学的Alejandro Briseno领导的一个国际研究团队使用自然界最有效的捕光结构之一的生物模拟类似物草坪，在开发长期寻求的聚合物结构以提高功率方面迈出了重要一步 - 用于电子设备的光转换电效率。
Briseno与UMass Amherst的同事和研究生以及斯坦福大学和德国德累斯顿工业大学的其他人一起在当前的Nano Letters杂志中报告说，通过使用单晶有机纳米柱或“纳米草”，他们找到了一条通往当使用称为本体异质结供体 - 受体或正 - 负(pn)结的混合系统来收集有机太阳能电池中的能量时，这会导致死角或不连续通路，这会造成严重的缺陷。
Briseno的研究小组是世界上为数不多的设计和种植有机单晶pn结的研究小组之一。他说，“这项工作是有机太阳能电池领域的一项重大进步，因为我们已经开发了该领域认为的'圣杯'结构，用于收集光并将其转化为电能。” 他补充说，形态控制方面的突破应该广泛应用于太阳能电池，电池和垂直晶体管。
Briseno解释说，“几十年来，科学家和工程师都在努力控制有机太阳能电池中pn结界面的形态。我们在此报告，我们最终开发出了由有机单晶垂直纳米柱组成的理想结构。” 纳米柱是纳米级的工程表面，具有数十亿个类似于草叶的有机柱，并且像草叶一样，它们在将光转换为能量方面特别有效。
这一进步不仅解决了导致低效能量转移的死端或不连续路径的问题，而且还解决了一些不稳定性问题，其中聚合物混合物中的材料往往会随着时间的推移而失去相分离行为，从而降低能量转移这位高分子化学家说。此外，混合体系中的材料最多倾向于非晶态到半晶态，“这是一个缺点，因为电荷传输在高度结晶的系统中更有效。”
具体而言，为了控制电极表面的分子取向和堆积，该团队结合了有关石墨烯和有机晶体的知识。布里塞诺说，虽然这很困难，但他们设法得到必要的化合物，像硬币一样堆叠。堆叠化合物是电荷传输的理想选择，因为这种配置具有最大的电荷传输各向异性。电荷传输各向异性是由于紧密的分子 - 分子相互作用，电子沿特定结晶方向流动更快的现象。在这种情况下，各向异性沿着纳米柱，垂直于基板。
Briseno说：“生产这种结构的最大挑战是找到合适的基质，使分子能够垂直堆叠。我们基本上利用了每种基质，直到我们最终成功地使用石墨烯，”他补充说，这是偶然发生的一个本科生选择了错误的基板来生长晶体。
“一个星期以来，学生正在生长垂直晶体，我们甚至没有意识到，直到用扫描电子显微镜对基板表面进行成像。我们震惊地看到小晶体直立!我们最终优化了条件并确定了结晶机理，“聚合物化学家补充道。
Briseno说，垂直纳米柱是解决这些挑战的理想几何形状，“因为电荷分离/收集最有效地垂直于塑料装置。在这种情况下，我们的纳米柱非常类似于纳米草。我们的系统具有相似的草属性，如高密度阵列系统，垂直方向和有效地将光转换成能量的能力。“
他指出，该技术简单，廉价，适用于市售的供体和受体化合物库。“我们设想我们的纳米柱太阳能电池将吸引低端能源应用，如小工具，玩具，传感器和寿命短的一次性设备。”