Investigadores de la Universidad de Purdue han identificado el mecanismo que permite que las células solares orgánicas creen una carga, resolviendo un antiguo rompecabezas en física, según un artículo publicado el viernes (12 de enero) en la revista Avances de la ciencia .

Las células solares orgánicas están construidas con moléculas suaves, mientras que las células solares inorgánicas, a menudo a base de silicio, Están construidos con materiales más rígidos. Las células de silicio dominan actualmente la industria, pero son caras y rígidas, mientras que las células orgánicas tienen el potencial de ser ligeras, flexible y barato. El inconveniente es que crear una corriente eléctrica en las células orgánicas es mucho más difícil.

Para crear una corriente eléctrica, dos partículas, uno con carga negativa (electrón) y otro con carga positiva (hueco de electrones), deben separarse a pesar de estar estrechamente unidos. Estas dos partículas, que juntos forman un excitón, generalmente requieren una interfaz artificial para separarlos. La interfaz atrae el electrón a través de un aceptor de electrones y deja atrás el agujero. Incluso con la interfaz en su lugar, el electrón y el agujero todavía se atraen entre sí; hay otro mecanismo que los ayuda a separarse.

"Descubrimos que este tipo de interfaz electrón-agujero no es un solo estado estático. El electrón y el agujero pueden estar muy separados o muy juntos, y cuanto más separados están, cuanto más probable es que se separen, "dijo Libai Huang, profesor asistente de química en la Facultad de Ciencias de Purdue, quien dirigió la investigación. "Cuando están muy separados, en realidad son muy móviles, y pueden moverse bastante rápido. Creemos que este tipo de movimiento rápido entre la carga positiva y negativa es lo que impulsa la separación en estas interfaces ".

Las células solares orgánicas son difíciles de estudiar porque están sucias:parecen un plato de espaguetis, dijo Huang. Hay muchas interfaces para mirar y son muy pequeñas.

"Es realmente difícil hacer espectroscopía óptica a esa escala de longitud. Estos estados tampoco viven mucho tiempo, por lo que necesita una resolución de tiempo muy breve, ", dijo Huang." Desarrollamos esta herramienta llamada microscopía ultrarrápida en la que combinamos el tiempo y la resolución espacial para observar básicamente los procesos que suceden en escalas de tiempo rápidas en cosas muy pequeñas ".

Incluso entonces, la resolución espacial no es lo suficientemente buena, por lo que el laboratorio de Huang creó un gran interfaz bidimensional para crear orden en la disposición caótica de moléculas. La solución al problema es doble, ella dijo:microscopía ultrarrápida y la interfaz.

Saber cómo se separan los excitones podría ayudar a los investigadores a diseñar nuevas interfaces para células solares orgánicas. También podría significar que hay materiales para construir células solares que aún no se han aprovechado. dijo Huang.