Los rayos solares son abundantes, fuente de energía limpia que se está volviendo cada vez más importante a medida que el mundo trabaja para alejarse de las fuentes de energía que contribuyen al calentamiento global. Pero los métodos actuales de recolección de cargas solares son costosos e ineficientes, con un límite de eficiencia teórico del 33 por ciento. Los nuevos nanomateriales desarrollados por investigadores del Centro de Investigación Científica Avanzada (ASRC) en el Centro de Graduados de la Universidad de la Ciudad de Nueva York (CUNY) podrían proporcionar un camino hacia una recolección de energía solar más eficiente y potencialmente asequible.

Los materiales, creado por científicos con la Iniciativa de Nanociencia de la ASRC, utilizar un proceso llamado fisión singlete para producir y extender la vida útil de los electrones generados por la luz recolectables. El descubrimiento se describe en un artículo recientemente publicado en el Revista de química física . Las primeras investigaciones sugieren que estos materiales podrían crear cargas más utilizables y aumentar la eficiencia teórica de las células solares hasta en un 44 por ciento.

"Modificamos algunas de las moléculas en tintes industriales de uso común para crear materiales de autoensamblaje que faciliten un mayor rendimiento de electrones recolectables y extiendan la vida útil de los electrones en estado excitado, dándonos más tiempo para recolectarlos en una celda solar, "dijo Andrew Levine, autor principal del artículo y Ph.D. estudiante en The Graduate Center.

El proceso de autoensamblaje, Levine explicó, hace que las moléculas de tinte se apilen de una manera particular. Este apilamiento permite que los tintes que han absorbido fotones solares se acoplen y compartan energía con —o "exciten" - los tintes vecinos. Los electrones en estos tintes luego se desacoplan para que puedan recolectarse como energía solar cosechable.

Metodología y hallazgos

Para desarrollar los materiales, Los investigadores combinaron varias versiones de dos tintes industriales de uso frecuente:dicetopirrolopirrol (DPP) y rileno. Esto resultó en la formación de seis superestructuras autoensambladas, que los científicos investigaron utilizando microscopía electrónica y espectroscopía avanzada. Descubrieron que cada combinación tenía diferencias sutiles en la geometría que afectaban los estados excitados de los tintes, la aparición de fisión singlete, y el rendimiento y la vida útil de los electrones recolectables. Significado

"Este trabajo nos proporciona una biblioteca de nanomateriales que podemos estudiar para obtener energía solar, "dijo el profesor Adam Braunschweig, investigador principal del estudio y profesor asociado de la Iniciativa de Nanociencia de ASRC y los Departamentos de Química de Hunter College y The Graduate Center. "Nuestro método para combinar los tintes en materiales funcionales mediante el autoensamblaje significa que podemos ajustar cuidadosamente sus propiedades y aumentar la eficiencia del proceso crítico de captación de luz".

La capacidad de los materiales para autoensamblar también podría acortar el tiempo para crear células solares comercialmente viables. dijeron los investigadores, y resultar más asequible que los métodos de fabricación actuales, que se basan en el lento proceso de síntesis molecular.

El próximo desafío del equipo de investigación es desarrollar un método para recolectar las cargas solares creadas por sus nuevos nanomateriales. En la actualidad, están trabajando para diseñar una molécula de rileno que pueda aceptar el electrón de la molécula de DPP después del proceso de fisión singlete. Si tiene éxito, estos materiales iniciarían el proceso de fisión singlete y facilitarían la transferencia de carga a una célula solar.