En células solares orgánicas convencionales, los electrones exhiben su naturaleza de partículas y necesitan saltar entre moléculas orgánicas en la célula. La conductividad es, por lo tanto, menor que el de las células solares de silicio cristalino. Los investigadores han logrado organizar las moléculas orgánicas de una manera muy ordenada, como en cristales, e invocar la naturaleza ondulatoria. Las "bandas conductoras" están formadas por estados de dispersión de energía y contribuyen a la conductividad de alta portadora. Puede mejorar la eficiencia total de la celda.

Una célula solar orgánica es una luz, flexible, dispositivo ecológico y de bajo costo, por lo tanto, considerada como una semilla potencial de innovación en la industria de las energías renovables. La eficiencia de conversión de energía de la célula solar orgánica es, sin embargo, más bajos que los de las células solares de silicio contemporáneas.

En células solares semiconductoras, la luz se convierte en un par energizado de un electrón (portador negativo) y un agujero (portador positivo) en la interfaz de "unión pn" en dos capas de semiconductores en la celda. Las moléculas donante (lanzamiento de electrones; tipo p) y aceptor (captura de electrones; tipo n) en cada capa de los semiconductores se enfrentan entre sí como la unión p / n ideal. Para aumentar el número de tales "baterías" solares en la celda, se requiere una gran área de unión pn, de modo que una complicada unión pn "bulkhetero", que es una interfaz doblada como pliegues, ha sido desarrollado. En una estructura tan complicada como un laberinto, los portadores generados son de difícil acceso a los electrodos de salida de la celda porque las moléculas están dispuestas de forma aproximada, en otras palabras, la cristalinidad es baja (Fig. 1 (a)). Para realizar un transporte elevado de manera eficiente, el portador, un electrón o un agujero, debe deslocalizarse entre moléculas como una onda de materia (Fig. 1 (b)). La disposición ordenada de las moléculas resalta la naturaleza ondulatoria de los acarreos.

Investigadores del Instituto de Ciencia Molecular (IMS), El Instituto de Investigación de Radiación Sincrotrón de Japón (JASRI) y la Universidad de Ciencias de Tokio han logrado fabricar la unión pn de semiconductores orgánicos con alta cristalinidad. En el proceso de fabricación de la unión, las moléculas aceptoras (perfluoropentaceno) se depositaron de manera bien ordenada sobre el monocristal de las moléculas donantes (pentaceno) mediante la técnica de epitaxia de haz molecular (MBE). Las estructuras electrónicas de la unión pn cristalina se observaron mediante espectroscopía de fotoelectrones resuelta en ángulo y mostraron que la capa de moléculas aceptoras forman la banda de valencia que es evidencia de invocar la naturaleza ondulatoria. El resultado del presente estudio muestra que el MBE facilita la fabricación de la unión pn cristalina que puede resaltar la naturaleza ondulatoria tanto de los electrones como de los huecos.

Las funciones de los semiconductores orgánicos se pueden ajustar diseñando las estructuras de las moléculas orgánicas constituyentes. La tecnología de fabricación de las uniones pn cristalinas utilizando una variedad de moléculas orgánicas nos permite realizar el nuevo concepto de células solares orgánicas con alta eficiencia de conversión de energía.