A menudo se ha dicho que las células solares son como versiones artificiales de los aparatos fotosintéticos que se encuentran en las plantas. como hojas, ya que ambos cosechan la luz del sol. Pero las hojas de la naturaleza pueden hacer algo que la mayoría de las células solares no pueden hacer:protegerse contra el daño fotoquímico de la sobreexposición a la luz solar.

En un intento por proteger los dispositivos de captación de luz artificial del daño solar, Los químicos han diseñado una matriz a escala molecular en forma de embudo que recolecta fotones, distribuye la energía alrededor de la matriz, y descarga la energía a un ritmo relativamente lento a una célula solar u otro dispositivo. Al regular la cantidad de energía que ingresa a la celda solar, la nueva matriz podría extender la vida útil de la celda solar, que debe funcionar en condiciones adversas asociadas con la exposición prolongada a la luz solar.

Los investigadores, Raymond Ziessel, Gilles Ulrich, y Alexandre Haefele en la Universidad de Estrasburgo en Francia, junto con Anthony Harriman en la Universidad de Newcastle en el Reino Unido, han publicado su artículo sobre su matriz de captación de luz artificial en un número reciente de la Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

"La luz ultravioleta es dañina para las células y la estructura de soporte, "Harriman dijo Phys.org . "Los fotones se pierden por aniquilación, y un rendimiento óptimo requiere un flujo constante de fotones. Esto es aún más importante para los dispositivos de división de agua, que es donde vemos que nuestra cosechadora de luz tiene aplicaciones reales ".

La nueva matriz consta de 21 tintes Bodipy ("boro-dipirrometeno"), que son tintes altamente fluorescentes conocidos por su buena absorción y emisión de luz. Los tintes Bodipy están dispuestos en un diseño en forma de embudo que converge en un punto focal. Cuando se expone a la luz, la matriz guía la energía de excitación de los fotones incidentes a través del embudo a través de una serie de pasos de transferencia de energía en cascada hasta que la energía alcanza el punto focal.

La característica más importante del diseño es su capacidad para autorregular su energía. Cuando el punto focal está en un estado excitado, la transferencia de energía adicional al punto focal está restringida. Para aumentar la cantidad de energía que llega al punto focal, la topología de la matriz proporciona diversas rutas de viaje para que la energía garantice diferentes tiempos de llegada. La estrategia implica redistribuir el exceso de energía dentro de la matriz hasta que el punto focal ya no esté "saturado".

Este mecanismo de protección contra la sobreexposición a la luz solar no se basa estrictamente en los mecanismos utilizados por las plantas. En naturaleza, varios mecanismos diferentes han evolucionado para este propósito, aunque los detalles de estos mecanismos aún se encuentran en debate activo.

Si bien las propiedades de la nueva matriz son intrigantes, los científicos añaden que la síntesis real también es de vanguardia. El uso de tintes Bodipy como bloques de construcción permite tener certeza sobre la estructura emergente, a diferencia de cuando se usan otras moléculas, como los dendrímeros, donde es difícil asegurar un crecimiento completo con cada capa.

En el futuro, el embudo a escala molecular podría proteger las células solares al funcionar como sensibilizador; es decir, transfiriendo energía de forma controlada a las células solares u otros dispositivos externos. La matriz también proporciona un beneficio en la estabilidad en comparación con el uso de una mezcla de compuestos. Y aunque la matriz restringe la transferencia de energía, no disminuye la eficiencia de la célula solar.

"En el presente, la eficiencia limitante es el acoplamiento de los dos sistemas, "Dijo Harriman." En principio, no debería haber disminución en la eficiencia. La verdadera ventaja vendrá del uso de un colector de área grande y una celda solar de área pequeña ".

En el futuro, los investigadores planean mejorar la transferencia de fotones desde la matriz a la célula solar.

"Estamos tratando de construir sistemas donde los fotones se muevan fácilmente de un grupo a otro antes de ser atrapados por la célula solar". "Dijo Harriman." Además, estamos buscando formas de empujar los fotones hacia la célula solar, en lugar de depender de migraciones aleatorias. Este tipo de coherencia cuántica podría ser importante en ciertos casos en la naturaleza, pero está mucho más allá de la capacidad actual de los sistemas artificiales. Tenemos ideas sobre cómo mejorar y prevemos un rápido progreso en este campo ".

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