La estructura del dispositivo propuesto, mostrando cómo se utilizan los agujeros generados (h +) para facilitar la oxidación del tiol. La corriente medida aumenta dramáticamente bajo iluminación y aplicación de un ligero potencial. Crédito: Comunicaciones químicas
Un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) y la Universidad de Kanazawa ha desarrollado un dispositivo ecológico que utiliza energía solar para catalizar una reacción de oxidación electroquímica con alta eficiencia.
Las fuentes de energía verde constituyen un campo de investigación candente a nivel mundial debido a la actual crisis ambiental y la necesidad de evitar las energías no renovables (combustibles fósiles). Los investigadores han estado buscando formas de aprovechar y recolectar la energía solar durante décadas, y dispositivos fotovoltaicos, que convierten la luz en electricidad, tienen una gran demanda.
El estudio de estos dispositivos ha avanzado desde la década de 1970, después de los shocks económicos provocados por los precios del petróleo. Si bien la mayoría de los avances se realizaron para las células solares basadas en silicio, Los científicos han demostrado que los dispositivos fotovoltaicos orgánicos también pueden lograr un rendimiento aceptable. El uso de materiales orgánicos es ventajoso porque se pueden imprimir y pintar como procesos ecológicos. a diferencia de los procesos de silicio. Los materiales orgánicos también vienen en una gran variedad, lo que permite adaptarlos a cada aplicación específica.
Las células solares fotovoltaicas orgánicas consisten en una "capa activa" intercalada entre dos electrodos diferentes (un electrodo frontal transparente y un electrodo trasero). La capa activa es donde comienza la magia; la energía de los fotones de la luz incidente se transfiere a los electrones del material a través de colisiones, excitándolos y poniéndolos en movimiento, dejando tras de sí pseudopartículas cargadas positivamente conocidas como "agujeros". Éstos no existen técnicamente, pero se puede utilizar para describir aproximadamente el comportamiento eléctrico del material. La importancia de los electrodos radica en que cada uno debe recolectar un tipo de estas partículas cargadas (uno acumula agujeros, y los otros electrones) para evitar que se recombinen en la capa activa. Los electrones fluyen a través de un circuito externo que está conectado a ambos electrodos, creando electricidad a partir de la luz.
Una célula fotovoltaica orgánica convencional se retira del electrodo trasero y se procesa en un dispositivo fotoelectroquímico que recoge grandes volúmenes de electrones y huecos. Crédito:Universidad de Kanazawa
Sin embargo, Es un desafío recolectar una gran cantidad de electrones y agujeros en los electrodos y convertir la luz en electricidad con alta eficiencia. Algunos investigadores han propuesto utilizar directamente los huecos o electrones generados en reacciones químicas cercanas a la capa activa. Así motivado, un equipo de investigación que incluía al Dr. Keiji Nagai de Tokyo Tech y la Universidad de Kanazawa propuso un procedimiento de fabricación simple para un dispositivo fotoelectroquímico orgánico que puede recolectar energía solar para promover una reacción de oxidación química.
Su enfoque comienza con un dispositivo fotovoltaico orgánico convencional, que se pueden fabricar fácilmente y cuyas características son bien conocidas, y retirar mecánicamente el electrodo trasero donde se recogen los agujeros. La capa activa expuesta se recubre con ZnPc y se sumerge en tiol, como se muestra en la Fig. 1. Los agujeros generados por la luz incidente se utilizan directamente para la oxidación del tiol, que es catalizado (facilitado) por la capa de ZnPc. Los electrones excitados fluyen a través del electrodo frontal restante, generando una corriente eléctrica.
La simplicidad y las ventajas del enfoque de fabricación y la eficiencia medida al recolectar energía lumínica son muy prometedoras. "La extracción del electrodo posterior es una técnica prometedora y repetible para construir una celda fotoelectroquímica bien caracterizada, "explica el Dr. Nagai. Los investigadores también estudiaron las propiedades topográficas y electroquímicas de la capa activa recubierta con ZnPc para dilucidar los principios de su actividad catalítica". Los efectos del recubrimiento de ZnPc se observaron claramente en nuestros análisis y consisten en la acumulación efectiva de agujeros fotogenerados, "dice el Dr. Takahashi de la Universidad de Kanazawa. Los dispositivos ecológicos como el propuesto proporcionan más formas de recolectar energía del sol y acercarnos a un futuro más verde.
