Investigadores de la Universidad de Linköping han descubierto un fenómeno cuántico que influye en la formación de cargas libres en las células solares orgánicas. "Si podemos comprender correctamente lo que está pasando, podemos aumentar la eficiencia, "dice Olle Inganäs, Profesor Emeritus.

El estudiante de doctorado Qingzhen Bian obtuvo resultados inesperados cuando organizó un experimento para optimizar un material de célula solar que constaba de dos polímeros absorbentes de luz y un material aceptor. Olle Inganäs, El profesor emérito de la División de Electrónica Biomolecular y Orgánica le pidió que repitiera el experimento para eliminar la posibilidad de errores de medición. Una y otra vez, y en experimentos llevados a cabo tanto en LiU como por colegas en Lund, sucedió lo mismo:una pequeña forma de onda periódica que dura unos pocos cientos de femtosegundos apareció en la firma de la absorción óptica como una fotocorriente formada en el material de la célula solar. ¿Que esta pasando?

La explicación ha sido publicada en Comunicaciones de la naturaleza .

Algunos antecedentes:cuando la luz en forma de fotones se absorbe en un polímero semiconductor, se forma un excitón. Los excitones son pares de agujeros de electrones unidos en el polímero. Los electrones no se liberan, y el transporte de cargas, la fotocorriente, no surge. Cuando el polímero donante de electrones se mezcla con una molécula que acepta electrones, los electrones pueden liberarse. Los electrones solo necesitan dar un pequeño salto para liberarse, y la pérdida de energía se mantiene al mínimo. Los huecos y los electrones transportan la fotocorriente y la célula solar comienza a producir electricidad.

Esto es bien conocido desde hace mucho tiempo. Sin embargo, la notable forma de onda apareció en el experimento de Qingzhen Bian.

"La única explicación concebible es que surge coherencia entre el sistema excitado y las cargas separadas. Le pedimos a los químicos cuánticos que investigaran esto y los resultados que obtenemos en experimentos repetidos concuerdan bien con sus cálculos, "dice Olle Inganäs.

En la escala cuántica los átomos vibran, y vibran más rápido cuando se calientan. Son estas vibraciones las que interactúan entre sí de alguna manera y con el sistema excitado de electrones:las fases de las ondas se suceden y surge un estado de coherencia.

"La coherencia ayuda a crear las cargas que dan la fotocorriente, que tiene lugar a temperatura ambiente. Pero aún no sabemos por qué ni cómo "dice Olle Inganäs.

La misma coherencia cuántica se encuentra en el mundo biológico.

“Existe un intenso debate entre los investigadores en biofísica sobre si los sistemas que utilizan la fotosíntesis han aprendido a explotar la coherencia o no. Me parece poco probable que millones de años de evolución no hayan dado lugar a que el mundo natural explote el fenómeno, "dice Olle Inganäs.

"Si entendiéramos mejor cómo se forman los portadores de carga y cómo se controla el proceso, deberíamos poder utilizarlo para aumentar la eficiencia de las células solares orgánicas. Las vibraciones dependen de la estructura de la molécula, y si podemos diseñar moléculas que contribuyan a incrementar la fotocorriente, también podemos utilizar el fenómeno a nuestro favor, " él dice.