Los investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía descubrieron que los semiconductores de nanotubos de carbono de pared simple podrían ser favorables para los sistemas fotovoltaicos porque potencialmente pueden convertir la luz solar en electricidad o combustibles sin perder mucha energía.
La investigación se basa en el trabajo ganador del Premio Nobel de Rudolph Marcus, quien desarrolló un principio fundamental de la química física que explica la velocidad a la que un electrón puede moverse de una sustancia química a otra. La formulación de Marcus, sin embargo, Rara vez se ha utilizado para estudiar la transferencia de electrones fotoinducida para semiconductores orgánicos emergentes, como los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) que se pueden utilizar en dispositivos fotovoltaicos orgánicos.
En dispositivos fotovoltaicos orgánicos, después de que se absorbe un fotón, las cargas (electrones y huecos) generalmente deben separarse a través de una interfaz para que puedan vivir lo suficiente como para ser recolectadas como corriente eléctrica. El evento de transferencia de electrones que produce estas cargas separadas viene con una pérdida de energía potencial ya que las moléculas involucradas tienen que reorganizar estructuralmente sus enlaces. Esta pérdida se llama energía de reorganización, pero los investigadores de NREL encontraron que se perdía poca energía al emparejar semiconductores SWCNT con moléculas de fullereno.
"Lo que encontramos en nuestro estudio es que este sistema en particular, nanotubos con fullerenos, tienen una energía de reorganización excepcionalmente baja y los propios nanotubos probablemente tienen muy, energía de reorganización muy baja, "dijo Jeffrey Blackburn, un científico senior de NREL y coautor del artículo "Ajuste de la fuerza impulsora para la disociación de excitones en heterouniones de nanotubos de carbono de pared simple".
El artículo aparece en el nuevo número de la revista. Química de la naturaleza . Sus otros coautores son Rachelle Ihly, Kevin Mistry, Andrew Ferguson, Abdías Reid, y Garry Rumbles de NREL, y Olga Boltalina, Tyler Clikeman, Bryon Larson, y Steven Strauss de la Universidad Estatal de Colorado.
Los dispositivos fotovoltaicos orgánicos implican una interfaz entre un donante y un aceptor. En este caso, el SWCNT actuó como donante, ya que donó un electrón al aceptor (aquí, el fullereno). Los investigadores de NREL se asociaron estratégicamente con colegas de la Universidad Estatal de Colorado para aprovechar la experiencia de cada institución en la producción de donantes y aceptadores con niveles de energía bien definidos y altamente ajustables:donantes SWCNT semiconductores en NREL y aceptores de fullereno en CSU. Esta asociación permitió a los científicos de NREL determinar que el evento de transferencia de electrones no vino con una gran pérdida de energía asociada con la reorganización. lo que significa que la energía solar se puede recolectar de manera más eficiente. Por esta razón, Los semiconductores SWCNT podrían ser favorables para aplicaciones fotovoltaicas.
