Un equipo de BESSY II ha investigado cómo varios compuestos del complejo de hierro procesan la energía de la luz incidente. Pudieron demostrar por qué ciertos compuestos tienen el potencial de convertir la luz en energía eléctrica. Los resultados son importantes para el desarrollo de células solares orgánicas. El estudio ahora se ha publicado en la revista Física Química Física Química .

Los complejos de metales de transición tienen propiedades importantes:un elemento del grupo de metales de transición se encuentra en el centro. Los electrones externos del átomo de metal de transición están ubicados en orbitales d extendidos en forma de hoja de trébol que pueden ser fácilmente influenciados por la excitación externa. Algunos complejos de metales de transición actúan como catalizadores para acelerar ciertas reacciones químicas, y otros incluso pueden convertir la luz solar en electricidad. La conocida célula solar de tinte desarrollada por Michael Graetzel (EPFL) en la década de 1990 se basa en un complejo de rutenio.

Sin embargo, todavía no ha sido posible reemplazar el rutenio de metal de transición raro y costoso con un elemento menos costoso, como el hierro. Esto es notable porque el mismo número de electrones se encuentra en los orbitales d externos extendidos del hierro. Sin embargo, La excitación con luz de la región visible no libera portadores de carga de larga duración en la mayoría de los compuestos del complejo de hierro investigados hasta ahora.

Un equipo de BESSY II ha investigado esta cuestión con más detalle. El grupo encabezado por el profesor Alexander Föhlisch ha irradiado sistemáticamente compuestos de complejo de hierro en solución utilizando luz de rayos X suave. Pudieron medir cuánta energía de esta luz era absorbida por las moléculas utilizando un método llamado dispersión de rayos X inelástica resonante. o RIXS. Investigaron complejos en los que el átomo de hierro estaba rodeado por moléculas de bipiridina o grupos cian (CN), así como formas mixtas en las que el centro de hierro está unido a una bipiridina y cuatro grupos cian cada uno.

Los miembros del equipo trabajaron por turnos durante dos semanas para obtener los datos necesarios. Las mediciones mostraron que las formas mixtas, que apenas se había investigado hasta ahora, son particularmente interesantes:en el caso en el que el hierro está rodeado por tres moléculas de bipiridina o seis grupos cian (CN), La excitación óptica conduce a una liberación a corto plazo de los portadores de carga. oa ninguno en absoluto. La situación cambia solo una vez que dos de los grupos ciano son reemplazados por una molécula de bipiridina. "Entonces podemos ver con la excitación de rayos X suave cómo los orbitales 3d de hierro se deslocalizan en los grupos cian, mientras que al mismo tiempo la molécula de bipiridina puede absorber el portador de carga, "explica Raphael Jay, primer autor del estudio y cuyo trabajo de doctorado es en este campo.

Los resultados muestran que los complejos de metales de transición económicos también podrían ser adecuados para su uso en células solares, si están rodeados por grupos de moléculas adecuados. Así que todavía hay aquí un campo rico para el desarrollo material.