En vista del cambio climático y las necesidades de la reforma energética, se ha vuelto particularmente importante aumentar significativamente la eficiencia de las células solares orgánicas. En un proceso conocido como 'fisión singlete', un fotón excita simultáneamente dos electrones. Si este efecto puede aprovecharse, bien puede ser posible aumentar drásticamente la energía generada por las células solares. Los físicos y químicos de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) que colaboran en un proyecto conjunto internacional con la Northwestern University en los EE. UU. Han trabajado con éxito en todas las fases intermedias decisivas en el proceso de fisión singlete y han logrado describir el mecanismo en detalle. por primera vez. Los resultados se han publicado en la principal revista especializada Comunicaciones de la naturaleza .
Las moléculas estimuladas por la luz alcanzan un mayor nivel de excitación; esto significa que la energía correspondiente se puede utilizar en células solares orgánicas para generar una corriente eléctrica. Cuando una partícula de luz choca y es absorbida por una molécula, es posible que el excedente de energía creado en esa molécula pueda estimular un electrón en una segunda molécula en su vecindad inmediata. Como resultado, ambas moléculas contendrían un electrón en un estado de excitación superior. Este proceso se llama fisión singlete (SF) y podría, en el mejor de los casos, conducen a un aumento del 50% en el rendimiento de las células solares. Sin embargo, la energía generada no es retenida por las moléculas para siempre y las moléculas eventualmente volverán a su estado anterior. El principio detrás de SF se conoce desde hace 50 años, pero su mecanismo exacto aún no se comprende completamente. Es por eso que los investigadores con sede en Erlangen han analizado de cerca cada fase intermedia entre la estimulación de la molécula y el regreso al estado original.
Dos métodos empleados para identificar fases individuales
Trabajando junto con investigadores internacionales, el equipo de FAU dirigido por el Prof. Dr. Dirk M. Guldi (titular de la Cátedra de Química Física I) utilizó dos métodos diferentes para identificar las fases individuales. Como todos los procesos que ocurren dentro de una molécula después de su excitación tienen lugar a velocidades muy altas, Deben emplearse métodos espectroscópicos para proporcionar información resuelta en el tiempo sobre las fases individuales que siguen a la estimulación.
Usando espectroscopia, los investigadores primero observaron cómo cambiaban las propiedades de absorción de las moléculas durante la fase de desactivación. Ciertas fases de transición conocidas como intermedias dejan 'huellas dactilares' que permiten identificarlas claramente. Algunos intermedios, sin embargo, tienen idénticas propiedades de absorción, por eso es necesario utilizar un segundo método de análisis, en este caso la espectroscopia de resonancia de espín electrónico. Esto se debe a que algunos de los intermedios difieren con respecto al giro de sus electrones estimulados. Al utilizar estos dos métodos en conjunto, el equipo de FAU logró identificar todos los intermedios y desarrollar un modelo estandarizado de lo que sucede en SF. Los investigadores esperan que los resultados de su trabajo permitan adoptar un enfoque más específico para el diseño de moléculas que, a su vez, haga factible la producción de una célula solar que funcione sobre la base del principio de fisión singlete.
