Investigadores de la Universidad de Columbia han desarrollado una forma de aprovechar más energía de la fisión singlete para aumentar la eficiencia de las células solares. proporcionando una herramienta para ayudar a impulsar el desarrollo de dispositivos de próxima generación.

En un estudio publicado este mes en Química de la naturaleza , el equipo detalla el diseño de moléculas orgánicas que son capaces de generar dos excitones por fotón de luz, un proceso llamado fisión singlete. Los excitones se producen rápidamente y pueden vivir mucho más tiempo que los generados a partir de sus homólogos inorgánicos. lo que conduce a una amplificación de la electricidad generada por fotón que es absorbida por una célula solar.

"Hemos desarrollado una nueva regla de diseño para materiales de fisión singlete, "dijo Luis Campos, profesor asociado de química y uno de los tres investigadores principales del estudio. "Esto nos ha llevado a desarrollar los materiales de fisión singlete intramolecular más eficientes y tecnológicamente útiles hasta la fecha. Estas mejoras abrirán la puerta a células solares más eficientes".

Todos los paneles solares modernos funcionan mediante el mismo proceso:un fotón de luz genera un excitón, Campos explicó. Luego, el excitón se puede convertir en corriente eléctrica. Sin embargo, hay algunas moléculas que pueden implementarse en células solares que tienen la capacidad de generar dos excitones a partir de un solo fotón, un proceso llamado fisión singlete. Estas células solares forman la base de los dispositivos de próxima generación, que todavía están en la infancia. Uno de los mayores desafíos de trabajar con este tipo de moléculas, aunque, es que los dos excitones "viven" durante períodos de tiempo muy cortos (decenas de nanosegundos), lo que dificulta su recolección como forma de electricidad.

En el estudio actual, financiado en parte por la Oficina de Investigación Naval, Campos y sus colegas diseñaron moléculas orgánicas que pueden generar rápidamente dos excitones que viven mucho más tiempo que los sistemas de última generación. Es un avance que no solo se puede utilizar en la producción de energía solar de próxima generación, sino también en procesos fotocatalíticos en química, sensores, e imágenes, Campos explicó, ya que estos excitones se pueden utilizar para iniciar reacciones químicas, que luego puede ser utilizado por la industria para fabricar medicamentos, plástica, y muchos otros tipos de productos químicos de consumo.

"Nuestro grupo y otros han demostrado la fisión intramolecular singlete, pero los excitones resultantes se generaron muy lentamente, o no durarían mucho, ", Dijo Campos." Este trabajo es el primero en demostrar que la fisión singlete puede generar rápidamente dos excitones que pueden vivir durante mucho tiempo. Esto abre la puerta para estudiar fundamentalmente cómo se comportan estos excitones cuando se asientan en moléculas individuales, y también para comprender cómo se pueden poner a trabajar de manera eficiente en dispositivos que se benefician de señales amplificadas por luz ".

La estrategia de diseño del equipo también debería resultar útil en áreas separadas de estudio científico y tener muchas otras aplicaciones aún inimaginables. añadió.