(PhysOrg.com) - En un paso hacia la ingeniería de dispositivos electrónicos cada vez más pequeños, Los científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han reunido pares de partículas a nanoescala que parecen prometedoras como fuentes de energía miniaturizadas. Compuesto de absorbente de luz, puntos cuánticos coloidales vinculados a nanopartículas de fullereno a base de carbono, Estos diminutos sistemas de dos partículas pueden convertir la luz en electricidad de forma controlada con precisión.

"Esta es la primera demostración de un híbrido inorgánico / orgánico, material dimérico (de dos partículas) que actúa como un sistema donante-puente-aceptor de electrones para convertir la luz en corriente eléctrica, "dijo el químico físico de Brookhaven, Mircea Cotlet, autor principal de un artículo que describe los dímeros y su método de ensamblaje en Angewandte Chemie .

Variando la longitud de las moléculas enlazadoras y el tamaño de los puntos cuánticos, los científicos pueden controlar la velocidad y la magnitud de las fluctuaciones en la transferencia de electrones inducida por la luz al nivel del dímero individual. "Este control hace que estos dímeros prometan unidades generadoras de energía para la electrónica molecular o células solares fotovoltaicas más eficientes, "dijo Cotlet, quien realizó esta investigación con el científico de materiales Zhihua Xu en el Centro de Nanomateriales Funcionales de Brookhaven.

Los científicos que buscan desarrollar la electrónica molecular han estado muy interesados ​​en los sistemas orgánicos donantes-puente-aceptor porque tienen una amplia gama de mecanismos de transporte de carga y porque sus propiedades de transferencia de carga pueden controlarse variando su química. Recientemente, Los puntos cuánticos se han combinado con materiales que aceptan electrones, como tintes, fullerenos, y óxido de titanio para producir células solares híbridas y sensibilizadas con colorante con la esperanza de que las propiedades de emisión dependientes del tamaño y de absorción de luz de los puntos cuánticos aumenten la eficiencia de tales dispositivos. Pero hasta ahora, las tasas de conversión de energía de estos sistemas se han mantenido bastante bajas.

"Los esfuerzos para comprender los procesos involucrados con el fin de diseñar sistemas mejorados generalmente han analizado el comportamiento promedio en estructuras combinadas o capa por capa en lugar de la respuesta individual, arquitecturas híbridas de donante-aceptor bien controladas, "dijo Xu.

El método de fabricación de precisión desarrollado por los científicos de Brookhaven les permite controlar cuidadosamente el tamaño de las partículas y la distancia entre partículas para que puedan explorar las condiciones para la transferencia de electrones inducida por la luz entre puntos cuánticos individuales y fullerenos que aceptan electrones a nivel de una sola molécula.

Todo el proceso de ensamblaje se lleva a cabo en una superficie y de forma escalonada para limitar las interacciones de los componentes (partículas), que de otro modo podrían combinarse de varias formas si se ensamblaran mediante métodos basados ​​en soluciones. Este ensamblaje de superficie también logra emparejamiento de nanopartículas uno a uno.

Para identificar la disposición arquitectónica óptima para las partículas, los científicos variaron estratégicamente el tamaño de los puntos cuánticos, que absorben y emiten luz a diferentes frecuencias según su tamaño, y la longitud de las moléculas puente que conectan las nanopartículas. Para cada arreglo, midieron la tasa de transferencia de electrones usando espectroscopía de molécula única.

"Este método elimina el promedio de conjuntos y revela la heterogeneidad de un sistema, por ejemplo, las tasas de transferencia de electrones fluctuantes, que es algo que los métodos espectroscópicos convencionales no siempre pueden hacer, "Dijo Cotlet.

Los científicos descubrieron que la reducción del tamaño de los puntos cuánticos y la longitud de las moléculas enlazadoras conducía a mejoras en la tasa de transferencia de electrones y a la supresión de las fluctuaciones de transferencia de electrones.

"Esta supresión de la fluctuación de la transferencia de electrones en dímeros con un tamaño de punto cuántico más pequeño conduce a una tasa de generación de carga estable, que puede tener un impacto positivo en la aplicación de estos dímeros en la electrónica molecular, incluso potencialmente en energía fotovoltaica en miniatura y de gran superficie, "Dijo Cotlet.

"El estudio de los procesos de recombinación y separación de carga en estas estructuras de dímeros simplificadas y bien controladas nos ayuda a comprender los procesos de conversión de fotones a electrones más complicados en las células solares de gran superficie". y eventualmente mejorar su eficiencia fotovoltaica, "Agregó Xu.

Está pendiente una solicitud de patente de EE. UU. Sobre el método y los materiales resultantes del uso de la técnica, y la tecnología está disponible para licencia.